在浦东张江，这个“国之重器”10岁了！

重大传染病防控领域若干重磅原创成果

如新冠病毒主蛋白酶结构机理

免疫治疗科学研究系列重大突破

如T细胞免疫的触发机制

植物学与农业应用基础研究多点突破

如高效抗逆性状的种子改良

蛋白质设计与合成生物学发展加速

如从头设计新酶

生物医药产业多项关键技术瓶颈攻克

如国产抗癌药“泽布替尼”关键靶点结构优化

……

这累累硕果背后都有同一个大科学装置——位于浦东张江的国家蛋白质科学研究（上海）设施（以下简称“蛋白质设施”）。它是全球首个生命科学领域的综合性大科学装置，是专门研究蛋白质结构的“国之重器”。

从细菌到人类，每一个生命都是奇迹，而蛋白质就是这个奇迹的核心。对蛋白质的研究特别是对其结构的研究，帮助人类揭开生命的奥秘，揭示重大疾病的机理，与生命健康、生物安全、农业可持续发展及生物医药产业发展息息相关。

在蛋白质设施运行之前，中国科学家想要完成蛋白质结构的解析，只能去日本、美国。而现在，反而有一批又一批跨国企业和国外优秀科学家，甚至是诺贝尔奖得主都来到中国，使用该设施的设备和服务开展前沿课题研究。

7月28日，该设施迎来开放十周年。请随小编一同了解，这十年间它为我国生命科学研究作出的巨大贡献，展望它将开启的下一个璀璨十年。

PART.01

中国一半蛋白质结构研究出自这里

在漫长的科技发展长河中，十年转瞬即逝。但对于蛋白质设施这个大科学装置来说，十年正是成长与收获的黄金期。

2015年7月28日通过国家验收时，蛋白质设施便被认定是全球首个生命科学领域的综合性大科学装置。它拥有九大技术系统，建立了从蛋白质样品制备、结构解析到功能研究的完整技术体系。

“这是我们为蛋白质研究打造的一个‘三甲医院’。”蛋白质设施主任吴家睿解释，蛋白质结构的研究，既要考虑生物体的空间尺度，又要考虑生命活动的时间尺度，因此，需要使用不同时空分辨率的仪器开展核磁共振、X射线晶体学、质谱、冷冻电镜等方面的研究，它们各有各的特色和作用，彼此无法替代。

布鲁克900M 核磁共振谱仪

十年来，蛋白质设施已服务全国504家科研单位，其中包括100多家科技企业；支撑超过2500个研究团队、累计10万余人次用户开展实验研究；支撑完成科研课题超13400项，发表高水平研究论文4000余篇。

凭借在结构表征、功能解析与技术集成方面的优势，蛋白质设施持续服务于国家在生命健康、生物安全、农业可持续发展及生物医药产业创新等重点领域的战略需求，推动多项具有国际影响力的科研成果产出。

例如，在上海光源建有“五线六站”，共同支撑了新冠病毒蛋白结构的率先解析以及国产新药的研制工作。又如，支持百济神州完成国产抗癌药“泽布替尼”关键靶点的结构优化，助力该药在中美两地同步上市。再如，助力用户将传统需若干年才能完成的酶改造周期缩短至半年。

“这十年，我国结构生物学研究领域几乎一半的蛋白质结构研究工作都是在蛋白质设施完成的。”吴家睿表示。

PART.02

将自主创新刻入基因，

驱动自身不断升级

作为蛋白质科学研究的“国之重器”，十年来，蛋白质设施坚持以自主创新推动技术的升级。

通过整合先进的实验技术与自主研发的技术平台，蛋白质设施形成了多系统协同的强大技术支撑能力。例如，针对药物研发过程中传统筛选方法存在的低通量、耗时长、成本高等痛点，蛋白质设施建设了高通量药物筛选与优化平台，为药物研发提供精准的结构数据，帮助科研人员迅速识别药物候选分子并优化其靶向效果。国产抗新冠病毒药物“先诺欣”的活性成分“先诺特韦”，正是依托这一平台得以发现。

随着人工智能技术的迅猛发展，高质量的蛋白质结构数据已成为战略资源。国际蛋白质结构数据库（PDB）保存有海量原始实验数据，已成为所有人工智能计算、模拟以及蛋白质和药物设计优化的基石。因“在计算蛋白质设计方面的贡献”而获得2024年诺贝尔化学奖的大卫·贝克（David Baker）就是受益者之一。

2022年，蛋白质设施与上海科技大学共建“中国蛋白质结构数据库”（PDB China），正式加入PDB组织，成为继美、日、欧之后的全球第四个国家和地区成员，在世界蛋白质结构数据库的版图上点亮了中国地标。

这是中国机构参与国际蛋白质结构数据库建设和管理实现的“从0到1”突破。“早在人工智能兴起之初，蛋白质设施便已预判到数据的重要性。”吴家睿说。PDB China不仅是我国推进生物大分子结构信息自主可控的技术里程碑，更是我国面向国际科技前沿主动发声、构建话语权的核心抓手。

上海科技大学教授、中国蛋白质结构数据库创始主任许文青介绍：“截至2025年5月，PDB共收录235666条高质量蛋白质结构数据，其中约10.3%是来自中国的投递。”

许文青透露，为成为PDB核心成员，PDB China正积极参与其数据审校系统的基础级工具研发，“位于蛋白质设施的中国团队已累计注释审校数据条目超过6000个。”

目前，中国蛋白质结构数据库注释审校的数据条目已覆盖我国本土投递蛋白质结构数据总量的95%。我国本土的蛋白质结构研究结果已经基本实现完全自主审校，并保持与国际数据库互联共享。

PART.03

拥抱“AI+”，

剑指世界级蛋白质科研与智造基地

过去的十年，作为蛋白质研究的“三甲医院”，蛋白质设施为我国生命科学研究提供了高质量的技术服务；展望未来，它的新身份是“实现生命科学数据产生、保存、利用的‘数据生产力平台’”。

“面对科学前沿，我们要打造蛋白质动态结构研究和蛋白质智造两个‘闭环’。”吴家睿说。

当前，生命科学研究正处从“静态结构解析”迈向“动态功能建模”的关键转型期。但传统的蛋白质研究技术，如X射线晶体学与冷冻电镜等主要用于蛋白质静态结构研究，即使强大如“阿尔法折叠”，也无法解决蛋白质动态结构预测问题。因此，蛋白质在细胞内的动态运动、瞬态构象转换与功能调控机制已成为国际研究前沿。

为应对这一重大挑战，蛋白质设施正系统布局蛋白质动态结构研究平台建设。蛋白质设施与上海思朗万维计算技术有限公司（以下简称“思朗科技”）共建了“高性能蛋白质动态计算中心”。该中心引入的国产自主可控的高性能分子动力学模拟计算平台，能够在微秒到纳秒时间尺度模拟蛋白质的动态构象变化，揭示其在生物过程中的功能机制。例如，在抗体药物设计研究中，蛋白质设施通过该平台解析了多个抗体与其靶标的结合机制，并优化了药物的亲和力和选择性。

据悉，思朗科技自主研发的世界首台通用型3D科学计算机，相较GPU以及传统超算系统，能够实现极低的通信延迟、极高的集群计算效率，能为新药发现与功能蛋白设计提供强大的数据基础。

“蛋白质智造”是蛋白质设施的另一发展新方向。吴家睿介绍，蛋白质设施将对中国蛋白质结构数据库与计算框架进行升级，并携手康码（上海）生物科技有限公司，联合打造全球首个高通量的从DNA到蛋白质的“蛋白质体外无细胞合成”智造装置。

“这个装置将实现一天‘智造’5000种人工设计出的蛋白质。”吴家睿说。

据悉，“无细胞合成”这一颠覆性技术已被美国政府列入2024年版《关键与新兴技术》清单。国际上已有不少科学家正利用人工智能创造具有特定结构和功能的蛋白质。

蛋白质设施的十年，是“国家所需、科学所指、未来所向”的生动写照。下一个十年，它将继续锚定国际科技前沿和国家战略需求，着力构建结构生物学与合成生物学交叉融合的技术新体系，全力向世界级蛋白质科学研究与智造基地迈进。

end.

文章、图片来源：科Way公众号

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