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熒光蛋白試劑照亮未來(lái)生物工廠

[2013/5/1]

      中國(guó)科學(xué)院生物物理所非編碼核酸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王江云等人已開始在其他活細(xì)胞中進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn),希望作出一批樣本。下一步的工作,將是賦予大腸桿菌產(chǎn)氫、固氮的能力,使其成為未來(lái)生物工廠的催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)。
  
  春暖花開,人們紛紛走出戶外踏青。然而,在中國(guó)科學(xué)院生物物理所(以下簡(jiǎn)稱生物物理所),有這樣一群科研人員似乎更樂(lè)意“貓”在實(shí)驗(yàn)室,鼓搗那些瓶瓶罐罐。
  
  科研大樓里的設(shè)備與平常工作日一樣在轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)出了輕微、柔和的嗡嗡聲,實(shí)驗(yàn)臺(tái)前坐著身穿白大褂的研究人員,有的在觀察顯微鏡里的動(dòng)靜,有的拿著塑料器皿倒騰藥劑,屋外的美景似乎跟他們毫不相關(guān),他們關(guān)心的是那座未來(lái)清潔生物工廠。
  
  熒光蛋白履新
  
  生物物理所非編碼核酸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王江云等人,在大腸桿菌細(xì)胞中,實(shí)現(xiàn)了具有金屬結(jié)合能力的非天然氨基酸基因編碼,并于不久前發(fā)表于德國(guó)《應(yīng)用化學(xué)》雜志。
  
  “我們希望能改造熒光蛋白,使其成為光合作用的元件!蓖踅聘嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者,現(xiàn)在污染嚴(yán)重,在之前的實(shí)驗(yàn)中,他們發(fā)現(xiàn)水母熒光蛋白能夠吸收和傳遞光能。如果對(duì)其進(jìn)行改造,賦予其光合作用的能力,就有可能把大腸桿菌變成光合菌,為未來(lái)生物工廠提供能源。
  
  他們已開始在其他活細(xì)胞中進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn),希望作出一批樣本。下一步的工作,將是賦予大腸桿菌產(chǎn)氫、固氮的能力,使其成為未來(lái)生物工廠的催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)!斑@是我們的夢(mèng)想!
  
  目前在國(guó)際上也有用熒光蛋白作研究的團(tuán)隊(duì),但王江云等人是第一組用熒光蛋白進(jìn)行光合作用研究的。王江云認(rèn)為:“如果研究沒(méi)有新意,只是重復(fù)別人的工作,沒(méi)有意義,論文也發(fā)表不了!
  
  熒光蛋白只有吸收所有光譜,才能提高光合作用的效率。在這次實(shí)驗(yàn)中,王江云團(tuán)隊(duì)做了綠(sfGFP)、黃(sfYFP)、橙(PsmOrange)、紅(eqFP650)4種熒光蛋白的發(fā)色團(tuán)中心,通過(guò)編碼非天然氨基酸8-羥基喹啉丙氨酸(HqAla),顯著擴(kuò)展了熒光蛋白吸收光譜的范圍。
  
  不懼失敗
  
  來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,記者發(fā)現(xiàn)參與這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的兩位博士都在。王江云并沒(méi)要求學(xué)生在節(jié)假日里到實(shí)驗(yàn)室工作,他們卻不約而同地過(guò)來(lái)了。身材高瘦的李家松,手里正拿著幾個(gè)白色的器皿。他是論文的第二作者。在這次實(shí)驗(yàn)中,他主要負(fù)責(zé)熒光蛋白晶體的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的解析。
  
  “長(zhǎng)晶體需要運(yùn)氣!崩罴宜烧f(shuō),他曾往大腸桿菌細(xì)胞中插入一個(gè)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)原來(lái)的條件不行,用了1年時(shí)間,才發(fā)現(xiàn)有氯化銫成分的比較“靠譜”,因?yàn)槁然C能穩(wěn)定蛋白。他把熒光蛋白提純后,用計(jì)算機(jī)模擬其分子結(jié)構(gòu),解釋了其中的現(xiàn)象。
  
  “這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的成功關(guān)鍵在于敢去嘗試。”李家松說(shuō),“我這兩天呆在實(shí)驗(yàn)室,想把偏紅的熒光蛋白顏色改變一下,或者讓它變得更亮一些!
  
  另一位博士生周慶,是論文的第三作者。他用了3個(gè)月時(shí)間,在實(shí)驗(yàn)室建立的上萬(wàn)個(gè)氨基酸突變體材料庫(kù)中,采用更加環(huán)保和廉價(jià)的綠色合成方法,終于篩選出了一個(gè)高效突變體,合成了本次實(shí)驗(yàn)中用的HqAla。
  
  “遭遇最多的是失敗,沒(méi)有意志力無(wú)法堅(jiān)持。”周慶對(duì)此頗為感慨。
  
  自2009年來(lái)到實(shí)驗(yàn)室開始碩博連讀,周慶的主要工作就是篩選。他差不多每天要在96孔板里表達(dá)各種突變體,將底物加入裂解液中,點(diǎn)TLC版。這項(xiàng)工作類似于催化反應(yīng),需要不斷優(yōu)化溫度、pH值、酶等等,否則酶的轉(zhuǎn)化率得不到提高。這篇論文的發(fā)表,是他接觸科研工作做的第一個(gè)課題,很辛苦,也很有收獲。
  
  清潔工廠圓夢(mèng)中
  
  回到辦公室,王江云對(duì)記者進(jìn)一步描繪了他的夢(mèng)想。
  
  “科研人員正在活細(xì)胞中發(fā)展一系列新反應(yīng),包括點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、消除反應(yīng)、環(huán)加成反應(yīng)、烯復(fù)分解反應(yīng)等,為未來(lái)生物工廠的建造提供強(qiáng)大推動(dòng)力!彼豢跉庹f(shuō)了諸多專業(yè)術(shù)語(yǔ)。
  
  目前,該課題組已實(shí)現(xiàn)在活細(xì)胞中增強(qiáng)蛋白質(zhì)翻譯機(jī)器的功能,實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)藥物及酶的定點(diǎn)特異修飾,從而大大優(yōu)化其催化活力及藥學(xué)性能。同時(shí),該團(tuán)隊(duì)把只能在有機(jī)溶劑里進(jìn)行的一些重要的金屬催化反應(yīng),引入到蛋白質(zhì)及活細(xì)胞中,充分?jǐn)U展了生物底盤細(xì)胞的化學(xué)催化功能。