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實驗室王江云等人已開始在其他活細胞中進行新的實驗，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。
　　
　　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”在實驗室，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，實驗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實驗室王江云等人，在大腸桿菌細胞中，實現(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�！蓖踅聘嬖V《中國科學(xué)報》記者，現(xiàn)在污染嚴重，在之前的實驗中，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胞中進行新的實驗，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�！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隊，但王江云等人是第一組用熒光蛋白進行光合作用研究的。王江云認為：“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。在這次實驗中，王江云團隊做了綠（sfGFP）、黃（sfYFP）、橙（PsmOrange）、紅（eqFP650）4種熒光蛋白的發(fā)色團中心，通過編碼非天然氨基酸8-羥基喹啉丙氨酸（HqAla），顯著擴展了熒光蛋白吸收光譜的范圍。
　　
　　不懼失敗
　　
　　來到實驗室，記者發(fā)現(xiàn)參與這項實驗的兩位博士都在。王江云并沒要求學(xué)生在節(jié)假日里到實驗室工作，他們卻不約而同地過來了。身材高瘦的李家松，手里正拿著幾個白色的器皿。他是論文的第二作者。在這次實驗中，他主要負責(zé)熒光蛋白晶體的生長和結(jié)構(gòu)的解析。
　　
　　“長晶體需要運氣�！崩罴宜烧f，他曾往大腸桿菌細胞中插入一個結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)原來的條件不行，用了1年時間，才發(fā)現(xiàn)有氯化銫成分的比較“靠譜”，因為氯化銫能穩(wěn)定蛋白。他把熒光蛋白提純后，用計算機模擬其分子結(jié)構(gòu)，解釋了其中的現(xiàn)象。
　　
　　“這項實驗的成功關(guān)鍵在于敢去嘗試�！崩罴宜烧f，“我這兩天呆在實驗室，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個月時間，在實驗室建立的上萬個氨基酸突變體材料庫中，采用更加環(huán)保和廉價的綠色合成方法，終于篩選出了一個高效突變體，合成了本次實驗中用的HqAla。
　　
　　“遭遇最多的是失敗，沒有意志力無法堅持�！敝軕c對此頗為感慨。
　　
　　自2009年來到實驗室開始碩博連讀，周慶的主要工作就是篩選。他差不多每天要在96孔板里表達各種突變體，將底物加入裂解液中，點TLC版。這項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，王江云對記者進一步描繪了他的夢想。
　　
　　“科研人員正在活細胞中發(fā)展一系列新反應(yīng)，包括點擊化學(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大推動力�！彼豢跉庹f了諸多專業(yè)術(shù)語。
　　
　　目前，該課題組已實現(xiàn)在活細胞中增強蛋白質(zhì)翻譯機器的功能，實現(xiàn)了蛋白質(zhì)藥物及酶的定點特異修飾，從而大大優(yōu)化其催化活力及藥學(xué)性能。同時，該團隊把只能在有機溶劑里進行的一些重要的金屬催化反應(yīng)，引入到蛋白質(zhì)及活細胞中，充分擴展了生物底盤細胞的化學(xué)催化功能。

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