东方科技论坛探讨“利用上海光源促进结构生物学研究”

2010-11-03 09:15 来源: 科学时报
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  近日,上海光源国家科学中心(筹)主任徐洪杰和何建华、北京同步辐射装置代表董宇辉等同步辐射专家,以及中科院上海生科院张荣光、中科院生物物理所刘志杰、清华大学生命学院王佳伟和中国科大周丛照等结构生物学专家,共计40多位嘉宾会聚在以“利用上海来源促进结构生物学研究”为主题第160届上海东方科技论坛,共同研讨如何“利用上海光源促进结构生物学研究”。

  近几年来,真核生物膜蛋白晶体结构越来越受到人们的关注。清华大学生科院王佳伟副教授说:“真核生物膜蛋白尽管非常重要,但由于其自身特点,使得结构分析面临许多技术上的挑战。”真核生物膜蛋白经过长期的进化演变,功能更加专一,通常只在磷脂环境中稳定存在。目前普遍用于原核膜蛋白结晶的去污剂环境不是特别有利于真核生物膜蛋白的稳定和结晶。利用Lipidic cubic phase(脂立方相)结晶方法已经被证实有效地用于一些真核生物的膜蛋白结晶。然而这种方法获得晶体尺寸小,并且Lipidic cubic phase 经过低温冷却后会变得不透明,为晶体定位带来麻烦。

  面对以上种种困难,王佳伟提出了需要建设微小尺度的光束线,以及利用初步衍射图片定位和对中晶体的技术。他表示这些技术突破都将成为未来真核生物膜蛋白结构成功解析的先决条件。

  面对国内众多结构生物学研究人员的热切希望和要求,上海光源首批7条光束线站已远不能满足用户日益增长的需求。如何充分利用和发挥上海光源的优异特性,发展适宜于高亮度光源特点的蛋白质晶体结构测定实验方法,成为上海光源下一步发展所面临的迫切任务。

  上海光源国家科学中心(筹)主任徐洪杰表示:“我们将急国家之所急,国家大科学工程项目‘蛋白质科学研究上海设施’的初步设计已通过评审,即将开工建造。”据悉该项目将在上海光源上新建三个不同特点的蛋白质晶体学线站,分别针对微晶体结构测定、大晶胞蛋白质复合物结构测定以及高度自动化的晶体结构测定。其中蛋白质微晶体结构线站的主要目标是能够测定尺寸大小为5~10微米的蛋白质晶体结构。

  光束细聚焦技术是目前国际上第三代同步辐射光源在生物学应用领域的建设和研究热点之一。上海光源何建华研究员表示:“利用细聚焦X射线束对微小晶体展开结构研究,可大大降低对晶体尺寸的要求。”同时他表示,上海光源也将针对细聚焦光束进行结构测定时的一些问题,例如如何在保持高亮度的前提下获得稳定、高质量的细聚焦光束和建立相应的高精度测量装置继续探索研究;同时探索微小晶体衍射数据的收集和处理(包括多颗晶体衍射数据的合并、收集策略的选取)、辐射损伤的处理和机制研究以及微小晶体衍射相位的获取和结构分析等问题。

  同时,结构生物学家对于21世纪崭露头角的第四代同步辐射光源——自由电子激光(XFEL)抱有很大的期待和展望,美国SLAC的X射线自由电子激光已经出光,德国、日本、韩国等均已起步。在大会发言中,长期从事同步辐射和结构生物学研究的张荣光研究员介绍:第四代光源相比第三代同步辐射拥有更强的强度、更高的相干性和更短的脉冲。利用相干性很好,强度很大的自由电子激光束照射分子,记录下相干散射的强度,可以得到分子中原子的结构,这样分子就不需要长晶体,解决了生物大分子特别是膜蛋白的结晶难题。同时极快的脉冲可以在分子被高能量破坏前就得到足够的信息。

  当然,第四代光源在实际应用中仍面临很多难题,例如探测问题、如何获得单分子散射信号等难题。张荣光表示:“第四代光源应用前景很好,但是其技术上还有很多需要克服的困难,离实际应用还比较远。我国应该尽快研究第四代同步辐射光源,不然以后就要落后其他国家了。”