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2021年03月16日 星期二
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青年演讲会

探索蛋白质的“星海”

叶盛 戴月婷 《中国青年作家报》( 2021年03月16日   16 版)

    我来自北京航空航天大学,是一名从事生命科学研究的科研工作者。我所研究的领域叫做结构生物学。

    那什么是结构生物学呢?我们研究的不是人体结构,不是动物植物的结构,甚至不是细胞的结构。我们研究的是构成生命的那些独特分子,包括蛋白质、DNA、RNA等等。这些分子被称为生物大分子,因为它们真的很大,往往都是由成千上万,甚至几十万、几百万个原子构成。而我们的工作就是搞清楚这些数以万计的原子在空间中是如何排布的,如何构成了蛋白质等等这些生命分子。所以说,我们处在生命科学最微观的领域,是在0.1纳米这个尺度上研究生命的原理。

    我除了在北航从事生命科学研究以外,还担任着中国生物物理学会科普工作委员会秘书长的职务,这些年来一直在坚持做科学传播的工作。除了科普以外,我偶尔还会写一写科幻小说,并且获得过中国科幻界的一个重要奖项——“银河奖”。当然了,如果你用我的名字叶盛来搜索科幻作品,肯定会一无所获,因为我写科幻时用了一个笔名——“谷第”。

    很多人都问过我,为什么会用“谷第”这样一个笔名,感觉既没什么文艺范儿,也不好记。不过,如果把这个笔名颠倒过来,可能很多天文学爱好者就该知道了:“第谷”,他是一位生活在十六世纪的著名天文学家。第谷当时积累了海量的精确的天文观测数据,但是他似乎没有时间来研究这些数据,于是招了开普勒来做这件事。开普勒很能干,从这些数据中总结出了描述行星运行规律的开普勒三定律。这件事儿用我们今天的说法就是——大数据挖掘。

    可以说,如果没有第谷,就不可能有开普勒三定律的发现。

    那这跟生物学又有什么关系呢?实际上,我认为我们当前正处于生物学这个学科的“第谷时代”。

    的确,自从沃森和克里克构建了DNA双螺旋模型以来,生命科学进入了发展的快车道。特别是新世纪以来的二十年间,我们不仅仅完成了“人类基因组计划”,甚至已经可以快速测定任何一个给定细胞的基因组信息。特别是在此次疫情期间,新冠病毒的传播始终可以通过基因组测序来监控,从而让我们能够及时了解病毒发展变异的情况。这在十年前都是不可想象的。

    然而遗憾的是,纵然生物学已经取得了这么多成果,但我们仍旧处于“第谷时代”,更多的是在积累数据,而不能像物理学和化学那样通过数学公式的计算与推导来描述生命。生物学上的开普勒时代,还远未到达。

    以我所从事的结构生物学来说吧,我们解析得到的每一个蛋白质的结构数据,都要存入一家“银行”。当然不是普通的银行,而是一个开放的数据共享平台,称为Protein Data Bank,也就是“蛋白质数据银行”,或者在我们这个领域里称为“国际蛋白质结构数据库”。截至2020年底,这个数据库中已经有了17.3万套蛋白质结构数据。

    多乎哉?不多也!

    这17.3万套数据来自很多种不同的生物,上到人类,下到细菌病毒,不一而足,其中还有很多套数据来自完全相同的蛋白质,只是体现了不同的结构状态而已。而人类基因组计划告诉我们,单单是人类就有将近2万个基因,再考虑信使RNA的编辑、蛋白质产生之后的不同化学修饰,我们每一个细胞可能就制造了几十万种不同的蛋白质。这样一比较,17.3万套数据不过是冰山一角罢了,而生物学家们由此得到的对于生命的认知,也只能是管中窥豹而已。

    蛋白质结构研究是一件很辛苦,也很艰难的事情,没有通用的方法。每一个蛋白质的结构,都可能是一个全新的课题,要花费一名研究生几年,甚至十几年的时间。虽然冷冻透射电镜技术以及人工智能技术等等新技术的出现,正在加速这个领域的发展,但是我们仍旧还有很长的路要走。

    所以,我还挺认命的。既然生在生命科学的“第谷时代”,我就想做好一名第谷,做好数据积累的工作。正因为如此,我才会给自己起了个笔名“谷第”。我希望我所积累的数据都是准确的,像当年第谷的观星数据那样精准,为生物学的开普勒的出现做好准备。

    今天一开始,我介绍自己的时候说,我来自北京航空航天大学,是一名从事生命科学研究的科研工作者。可能有人听了就会觉得奇怪,北航也研究生物学了?实际上,生命科学与医学的确是北航未来发展中将要逐渐拓展的方向之一,而我所在的这个部门就是北航的“大数据精准医疗高精尖创新中心”。我自己的实验室是一个分子病理机制实验室,在这里开展的工作是像第谷一样积累着精确的数据,同时我们也在这些数据中挖掘,找到导致疾病的关键基因或蛋白,并针对它们研发药物。

    我觉得我们的工作非常有意义。虽然每一位科学家可能都怀揣着成为开普勒的梦想,但不是每一位科学家都有这样的机会。至少,我可以成为合格的第谷,去探索数以亿计的蛋白质所组成的浩瀚星海。

    所有对生物学感兴趣的年轻人,我相信,生物学的开普勒必将诞生在你们之中。如果未来有一天我与你相遇,我大概会这样向你问好:

    “嗨,你好!我是第谷,我已经用一辈子的时间为你准备好了海量的数据。如果你是生物学的开普勒,你准备好了吗?”

探索蛋白质的“星海”
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