視覺中國供圖
1月10日，中國文聯(lián)推選出2019年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”，發(fā)表于頂尖刊物并形成廣泛影響的科學(xué)發(fā)覺上榜。一如既往地，讀著例如“破解硅藻光合膜蛋白超分子結(jié)構(gòu)”“單核苷酸基因編輯導(dǎo)致大量脫靶效應(yīng)及其優(yōu)化解決方式”等滿是專業(yè)名稱的專業(yè)用詞，好多人表示“很難懂”。但它們經(jīng)過專家講解，中小中學(xué)生們也能聽得津津有味。
“在今年舉行的進(jìn)展交流會(huì)暨中學(xué)生科普?qǐng)?bào)告會(huì)上，好多女兒提出的問題說明動(dòng)了腦筋，也消化了這種理論，很有思想，讓科學(xué)家們都很吃驚。”中國文聯(lián)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體秘書長(zhǎng)王小寧表示，實(shí)際上，這種成果除了是學(xué)術(shù)上的重大進(jìn)展，也為我們闡明了好多生命科學(xué)的奧秘，理解它們并不難。
為了易于理解，記者梳理了其中有特色的幾個(gè)，述說其蘊(yùn)藏的生命故事，打破生命科學(xué)重大進(jìn)展難理解的形象。
最陽光通透：硅藻“吃光機(jī)”結(jié)構(gòu)被認(rèn)清
不僅陸生動(dòng)物，水下的綠藻也能進(jìn)行光合作用，“吃掉”陽光，轉(zhuǎn)變出有機(jī)物和二氧化碳。其中最“成功”的底棲光合生物當(dāng)屬海洋中的硅藻了。
連任十大的“破解硅藻光合膜蛋白超分子結(jié)構(gòu)和功能之謎”正是解答了哪些精致的結(jié)構(gòu)，讓硅藻才能“埋頭”在水里能夠進(jìn)行光合作用。
中國科大學(xué)動(dòng)物研究所沈建仁、匡廷云研究團(tuán)隊(duì)在國際上首次解析了硅藻捕光天線膜蛋白，這“團(tuán)”蛋白除了能高效捕獲藍(lán)紅光、高效傳遞和轉(zhuǎn)化光能，還能否起到光保護(hù)的作用。
首先要說明這是一“團(tuán)”蛋白，就好象鞋廠機(jī)器，是有組合和流水線的。因而好多人形象地稱生物體里承當(dāng)某一生命互動(dòng)功能地蛋白為“蛋白鞋廠”，而學(xué)術(shù)上稱為“蛋白復(fù)合體”，由于復(fù)合體的組成很像樂高拼插，只不過零件是單個(gè)蛋白。
這次解析是超高精度的解析，類似于用一個(gè)幾百萬倍的放大鏡把硅藻上的“吃光機(jī)”零部件一個(gè)蝸桿一個(gè)蝸桿地認(rèn)清楚。
“把蛋白質(zhì)復(fù)合物提出來之后，我們用急凍電鏡了解它的結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，包括70個(gè)蛋白質(zhì)。”沈建仁說。這70個(gè)蛋白質(zhì)“零件”卻與樂高零件完全不同，它不是規(guī)則的，而是枝樹干杈的，電子云團(tuán)相互作用，相互協(xié)同，完成了吸收光能把水分解成二氧化碳、轉(zhuǎn)移電子、釋放能量等一系列任務(wù)。
但要認(rèn)清原子、電子之間的作用，冷藏電鏡只能看見個(gè)模糊的輪廓，就似乎從千米高空俯瞰群島輪廓，要看見有什么港口、怎么吞吐運(yùn)送“貨物”（電子）還須要更高的精度。團(tuán)隊(duì)隨即用蛋白結(jié)晶衍射法將蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)精度做到了1.8埃（10-10米）的高幀率，原子半徑的數(shù)目級(jí)大概是1埃，在這個(gè)精度上每位原子清晰可見。
為何要對(duì)一個(gè)硅藻細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)“團(tuán)”大費(fèi)周章呢？中國科大學(xué)教授匡廷云給出答案：“光合作用是月球上最大規(guī)模的借助光能、化學(xué)能把氧氣和水弄成有機(jī)物儲(chǔ)存在體內(nèi)的生命活動(dòng)。海洋生態(tài)系統(tǒng)的低等動(dòng)物每年通過光合作用合成的干物質(zhì)是2200億噸，人類每年的耗能僅僅占這一總數(shù)的1/10。硅藻的光合作用貢獻(xiàn)了月球上每年約20%的原初生產(chǎn)力。它們之所以能起如此大的作用，主要跟硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能密切相關(guān)。”
據(jù)介紹，解析的巖藻黃素早已用在減重藥品中，并在推動(dòng)臨床試驗(yàn)。未來，這種看似遙遠(yuǎn)的蛋白，到底能在顯示生活中起到什么作用，在人類體內(nèi)又有什么功效，期盼更多的研究和驗(yàn)證。
最親近自然：那頭麋鹿有一雙防癌的角
提及鹿，人們總會(huì)想起它亭亭玉立，豎耳靜聽，一雙通靈般的耳朵警覺地望向前方，鹿角幽深矗立頭上。
這幅靜美的圖畫里，雖然是旺盛而別致的生命活動(dòng)——
“鹿科植物有一個(gè)特點(diǎn)，它是疾病發(fā)生率最低的植物，但它角上的細(xì)胞卻具有比癌細(xì)胞還旺盛的飼養(yǎng)能力，是惟一才能完全再生的喂奶植物臟器。”西北工業(yè)學(xué)院院長(zhǎng)王文說，這個(gè)奇異現(xiàn)象背后的奧秘將和人類的健康息息相關(guān)。
“我們進(jìn)行的研究通過大尺度跨反芻昆蟲的全部6個(gè)科、覆蓋大部份屬種的組學(xué)大數(shù)據(jù)剖析，結(jié)合功能驗(yàn)證，闡明了其中的奧秘。”王文說，“結(jié)果對(duì)于我們理解反芻昆蟲的演變歷史，再生醫(yī)學(xué)、腫瘤生物學(xué)、睡眠衰弱和骨質(zhì)疏松癥等醫(yī)學(xué)研究，以及培植新品種牲畜都有重要意義。”
“鹿角每晚可以長(zhǎng)1—2分米，幾個(gè)月時(shí)間就可長(zhǎng)成一個(gè)10公斤的你們伙，比任何病變長(zhǎng)得都快。”王文說，通過組學(xué)的研究，她們發(fā)覺鹿角細(xì)胞激活了大量的疾病基因，進(jìn)而促使了自身的生長(zhǎng)。
腫瘤基因被激活了，卻僅僅被“截留”在鹿角部位，不會(huì)擴(kuò)散也不會(huì)導(dǎo)致其他疾病病癥，這又是為何呢？通過組學(xué)大數(shù)據(jù)的剖析，研究第一次把鹿科植物低癌的現(xiàn)象和很強(qiáng)的再生能力聯(lián)系上去。大量的抑癌基因，如p53通路的基因遭到了強(qiáng)烈的自然選擇，可能與鹿科植物疾病發(fā)生率很低有關(guān)。這表明，鹿角再生能力和鹿的防癌能力始于同一通路調(diào)控，了解這一機(jī)制，將會(huì)為再生醫(yī)學(xué)和疾病研究帶來新的思路。
新年奶奶的坐駕馴鹿，生活在南極，哪里晝夜不規(guī)律也沒有陽光。“這和當(dāng)代一些‘年輕宅’們的生活環(huán)境有著很高的相像度，可它們?yōu)楹螞]有精神壓力方面的問題，也沒有維生素D缺少導(dǎo)致的骨發(fā)育問題呢？”王文說細(xì)胞膜選擇性通透，大尺度組學(xué)對(duì)比研究發(fā)覺，馴鹿與晝夜節(jié)律相關(guān)的基因發(fā)生了突變，控制維生素D代謝的基因在自然選擇作用下，兩個(gè)關(guān)鍵酶活性遠(yuǎn)低于其它植物，因而保障了其在低光照條件下仍然還能高效進(jìn)行鈣代謝，促使鹿角的生長(zhǎng)。
最具功擊力：擊破結(jié)核球菌致密胞壁
一種以前上市銷售的減重藥被發(fā)覺是結(jié)核弧菌的“毒藥”——
“利莫那班（該瘦身藥名稱）原先是針對(duì)人源大麻素受體CB1的拮抗劑，起到減重作用，很難想像靶點(diǎn)人類蛋白受體的抗生素也可以殺害結(jié)核鏈球菌。”上海科技學(xué)院免疫物理研究所副研究員張兵說。
這么結(jié)核球菌上哪些樣的“命門”被捉住了呢？膜蛋白“MmpL3”負(fù)責(zé)把真菌在細(xì)胞內(nèi)合成的分枝菌酸前體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜外，飾演著“傳送機(jī)”的角色，而這臺(tái)傳送機(jī)的動(dòng)力來始于從膜內(nèi)向膜內(nèi)流動(dòng)的質(zhì)子流。
由北京科技學(xué)院免疫物理研究所特聘院士饒子和教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)首次成功解析了這一關(guān)鍵蛋白MmpL3以及“藥靶─抗生素”復(fù)合物的三維空間結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜選擇性通透，闡明了創(chuàng)新抗生素殺害病菌的全新分子機(jī)制。她們還解析了利莫那班與MmpL3蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)而否認(rèn)了利莫那班會(huì)神奇地?fù)踝mpL3的質(zhì)子內(nèi)流通道，這些“封堵”與已知的結(jié)合模式大相徑庭。
全世界目前有約1/4的人口被結(jié)核球菌感染，因?yàn)閻圩滩∨c結(jié)核病的交叉感染以及抗生素的不合理使用，早已形成了嚴(yán)重的耐藥結(jié)核病，針對(duì)結(jié)核弧菌的新藥靶向的發(fā)覺以及新藥研制迫在眉睫。新機(jī)制的發(fā)覺為新型藥物的研制、解決全球日趨嚴(yán)重的藥物耐藥問題開辟了一條全新途徑。
研究發(fā)覺，抑制劑小分子都靶點(diǎn)MmpL3蛋白的跨膜區(qū)，直接“封閉”該蛋白的質(zhì)子內(nèi)流通道，破壞MmpL3工作時(shí)的能量供給，導(dǎo)致這臺(tái)傳送機(jī)“癱瘓”。為了設(shè)計(jì)更有效的抑制劑，研究團(tuán)隊(duì)還借助計(jì)算機(jī)“虛擬篩選”技術(shù)，對(duì)成藥庫的抗生素分子進(jìn)行了篩選。這才發(fā)覺減重藥也是結(jié)核弧菌的“毒藥”。(記者張佳星)