從儀器研制與改造看生命科學行進軌跡
基因技術的突破使生命科學發(fā)展進入了知識爆炸時代，許多新概念和新技術讓人眼花繚亂。幾年前人們聽到的是“基因組”、“蛋白質組”、“生物工程”等名詞，現(xiàn)在科學家在談論“生命模塊”、“人工電路基因”、“納米粒子智能導彈”……生命科學究竟沿著怎樣的路線在前進？帶著這個問題，記者*近走進了中科院生物物理所幾個實驗室。

“聯(lián)通”產效率

2009年*后一個月的*后幾天里，一個類似齒輪的灰色金屬圓形物，擺放在中科院生物物理所研究員楊福全辦公室的茶幾上。這是他自己設計、委托企業(yè)加工完成的一件*新“作品”，工廠送來剛拆封，等著他驗收。

“這是我新研制的逆流色譜儀的核心部分——一種新型逆流色譜柱。我準備把它用于膜蛋白質的富集和亞細胞器的分離，進而用于膜蛋白質組學研究?！鼻捎觥犊茖W時報》請他談生物技術目前的發(fā)展態(tài)勢，他順便告訴記者。

“國際上目前有這樣的儀器嗎？”記者問。

“還沒有，不過這個現(xiàn)在還需要保密。我還是給你看看另外一樣東西?！?/p>

說話間，楊福全從柜子里拿出一個已經組裝好的“作品”?！斑@是毛細管液相色譜—電噴霧質譜接口平臺，是我們在中科院儀器研制和改造項目支持下，通過學習、消化和吸收，在國內設計加工的，使儀器能夠適合于各種復雜程度的蛋白質樣品分析。這個準備安裝在新進的一套二維液相色譜—高分辨質譜系統(tǒng)上?！?/p>

據楊福全介紹，蛋白質組學是目前生命科學研究的熱點之一。蛋白質組學技術發(fā)展很快，蛋白質組學研究競爭也異常激烈。有了基本硬件設備而又能讓設備高效地工作，才能做出高水平工作。其中，現(xiàn)代色譜分離技術和生物質譜技術構成了蛋白質組學技術的主體。色譜—質譜系統(tǒng)連接的好壞直接影響整個系統(tǒng)的靈敏度和效率。這個接口平臺就是針對商用儀器的不足而設計加工的，它與自制的毛細管液相色譜柱聯(lián)合使用，不僅降低了整體設備的運行成本，更重要的是大大提高儀器系統(tǒng)的通量、靈敏度和效率。

2004年從美國國家衛(wèi)生研究院（NIH）國立心、肺和血液研究所回國的楊福全博士，目前擔任中科院生物物理研究所質譜**技術專家，主要從事蛋白質組學新技術新方法的研究與應用。對現(xiàn)有儀器進行改造、研制生命科學研究領域中的新儀器設備是他目前重要的任務之一。

楊福全介紹，生物質譜技術和雙向電泳、高效液相色譜（HPLC）、毛細管電泳等現(xiàn)代分離技術的結合，實現(xiàn)了多肽、蛋白質和核酸等生物大分子的高通量分析和鑒定；這些技術通過與熒光標記技術、穩(wěn)定同位素標記等技術的結合，又實現(xiàn)了生物大分子高通量的定量分析，從而推動了蛋白質組學技術的發(fā)展，促進蛋白質組學技術在生命科學中的應用。

“實驗室的儀器裝備改造后，技術水平是否取得較大的提高？”記者追問。

楊福全并未直接回答記者的問題，而是打開不久前新當選的中科院院士、北京大學教授尚永豐給他寫的一封電子郵件，上面寫道：“過去兩年我實驗室的學生和工作人員在你實驗室做了很多的質譜分析。這些分析對我們的研究起到了很大的作用，2009年我們發(fā)表的文章，包括在Cell、PNAS和TheEmboJournal雜志上的文章，都用了你實驗室的質譜分析結果。所以，在此我想向你和你實驗室的相關人員表示真摯的感謝。我?guī)状卧诓煌膱龊险f過：國內好多單位都有質譜儀，但真正能用到科研上的不多。很高興北京有你這一家，為我和其他實驗室的研究工作提供了很好的技術支持。我們實驗室主要從事基因表達調控的表觀遺傳機制研究，今后肯定還需要你的支持和幫助。希望我們找個時間聊聊，探討一下合作研究的可能性?！?/p>

楊福全介紹，蛋白質組學技術目前的發(fā)展趨勢主要包括3個方面：高分辨、高質量精度和快速的質譜儀器的開發(fā)；高效、高選擇性的樣品富集技術的開發(fā)；由生物質譜技術、現(xiàn)代分離技術和穩(wěn)定同位素標記技術等技術集成的高通量的定量蛋白質組學技術開發(fā)。因為隨著蛋白質組學技術在生命科學和蛋白質科學研究中的不斷深入應用，**系統(tǒng)分析細胞、組織或生物體中蛋白質量的動態(tài)變化規(guī)律或**量的分析，已成為蛋白質組學研究的必然趨勢。

“銜接”出速度

中科院生物物理所研究員劉志杰從另一個角度解說了生命科學發(fā)展對新設備的需求。這位曾參與美國東南結構基因組研究中心工作的研究員2006年回國，一直致力于改進中國生命科學的研究設備。

他說，10年前，研究人員解析一個蛋白質三維結構大約需要1～2年時間，隨著新技術、新方法的發(fā)展，截至2009年12月底，全世界已解析了7萬多個蛋白質分子的三維結構。這些高效率的自動化方法，主要包括高通量克隆、高速度表達純化、蛋白質自動化結晶、自動化衍射數據收集和結構解析等。如果研究人員繼續(xù)采用原有的老方式，美國于2000年啟動的“結構基因組計劃”根本不可能按時完成，甚至做不出其中的1／10.

目前，劉志杰在中科院生物物理研究所的蛋白質科學研究平臺構建了一套高通量的從基因克隆到蛋白質結構解析的流水線。這**水線由幾個模塊組成，每個模塊都力爭實現(xiàn)自動化。如**個模塊即是自動化克隆和小規(guī)?？扇苄员磉_篩選，使用該模塊可自動篩選出可溶性表達的蛋白質。

“如果使用傳統(tǒng)方法，只能一個個地進行手工試驗，不但費時費力還容易出錯?，F(xiàn)在可以一次篩選96個目標基因，很快了解哪些蛋白質在哪種條件下是可溶的。也就是說，過去需要幾個月或幾年完成的工作，如今一個人幾天就能完成?！彼f。