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熒光蛋白試劑照亮未來生物工廠

[2013/5/1]

      中國科學(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，使其成為未來生物工廠的催化劑和發(fā)動機(jī)。
　　
　　春暖花開，人們紛紛走出戶外踏青。然而，在中國科學(xué)院生物物理所（以下簡稱生物物理所），有這樣一群科研人員似乎更樂意“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，發(fā)出了輕微、柔和的嗡嗡聲，實(shí)驗(yàn)臺前坐著身穿白大褂的研究人員，有的在觀察顯微鏡里的動靜，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《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。”王江云告訴《中國科學(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，使其成為未來生物工廠的催化劑和發(fā)動機(jī)�！斑@是我們的夢想。”
　　
　　目前在國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：“如果研究沒有新意，只是重復(fù)別人的工作，沒有意義，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來了。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和結(jié)構(gòu)的解析。
　　
　　“長晶體需要運(yùn)氣�！崩罴宜烧f，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�！崩罴宜烧f，“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)室建立的上萬個(gè)氨基酸突變體材料庫中，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，沒有意志力無法堅(jiān)持。”周慶對此頗為感慨。
　　
　　自2009年來到實(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。
　　
　　清潔工廠圓夢中
　　
　　回到辦公室，王江云對記者進(jìn)一步描繪了他的夢想。
　　
　　“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，為未來生物工廠的建造提供強(qiáng)大推動力。”他一口氣說了諸多專業(yè)術(shù)語。
　　
　　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。