国家蛋白质科学研究(上海)设施14篇论文登上顶级学术杂志

近两个月，有两个来自中国生命科学界的重要成果登上了《自然》杂志，它们的诞生都与一个大科学装置相关——国家蛋白质科学研究(上海)设施。

近日，从上海国家蛋白质科学中心获悉，国家蛋白质科学研究(上海)设施自2013年筹建以来，截至2016年5月，设施用户、设施科研团队、设施技术团队依托上海设施，共发表SCI论文70余篇，包括在《自然》《科学》《细胞》这三种国际顶级学术刊物上发表论文14篇，其中今年上半年就一连发表了8篇，研究成果涉及生物化学与分子生物学、结构生物学、细胞生物学、生物物理学、微生物学、药学、化学生物学等多个领域———高水平成果产出不断加速，这座被誉为蛋白质研究国之利器的大科学装置正锋芒初显。

从2010年12月开始动工建设，上海设施建成于2014年3月，完成总投资7.56亿元，项目总建筑面积3.3万平方米，并于2015年7月正式对用户开放。

形成具有国际一流水平和综合示范作用的蛋白质科学研究支撑体系，是上海设施建设的初衷。既有基于第三代同步辐射光源的先进光束线站，又有原子力显微镜、核磁、电镜、质谱等诸多国际一流设备，让生命科学家足不出户，就能用各种先进手段为自己的科学问题寻求答案———这样的蛋白质研究平台，全球难觅。国家蛋白质科学中心主任雷鸣介绍，上海设施拥有世界一流的规模化、系统化研究技术装备，是具备蛋白质制备、多尺度结构分析、多层次动态研究、整体与定量分析及数据库与计算分析能力的国际一流蛋白质科学研究平台。

在国家蛋白质科学中心（上海），一名科研人员正在操作高通量自动化克隆系统。

上海设施开放试运行至今，海科路园区和上海光源的蛋白质专用线站共执行课题1300余个，提供服务机时18.47万小时，涉及200多家单位，包括国内高校科研单位、国内外医药企业等，地域覆盖北京、上海、天津、西安、广州、澳门、香港等地。同时，它还吸引了美国、英国、西班牙等国外优秀科学家前来开展前沿课题研究。

短短一年不到，有多个颇具市场潜力的实验仪器和技术已初具雏形。在规模化蛋白质制备系统，有一套上海设施自主设计的大型自动化系统，运用这套设备，每天最多可以克隆1000个基因。如今，该系统的“缩微版”——每天克隆100个基因的克隆自动化装置已完成样机开发。“很多实验室需要这样的设备，可以节省大量人力和时间，使科研进度加速。”雷鸣说。而且，国产高端实验仪器还可带动配套试剂、耗材等产业的发展。

采用先进的微流控技术，上海设施还在发展更多高端实验设备。比如自动化点晶体机器人，目前进口设备垄断了中国的科研市场，不仅机器售价高昂，其耗材更是价格不菲——点晶体所用一套针尖每年更换一次，就需十几万元，培养蛋白质晶体的溶液价格昂贵，一套小包装的试剂盒要数千元，一个课题组一年要花费数十万元在结晶试剂上。“我们研发的新机器人，结晶试剂及蛋白样品的用量只需进口设备的1/10，仪器价格也可大幅下降。”雷鸣说，这类设备实现国产化越多，一方面可以降低我国的科研成本，另一方面也可培育起一个科研产业，让我国科研的本土根基扎得更牢。

仅今年上半年，国家蛋白质科学研究(上海)设施用户、科研团队，就在国际顶级学术期刊上发表了8篇论文。才通过国家验收不到一年，上海设施的这份科研成绩单相当出色。不过，走进上海设施的实验室才发现，有许多比论文更有价值的“金蛋”，正在这里悄悄孕育———利用业余时间，技术研发人员正开发着一个个具有市场前景的高技术仪器。

中国科研投入的大头，被用来购买各种高级的进口实验设备，以及耗材。上海设施的技术研发人员正试图改变这一现状，如果可以发展起来，一方面可以降低我国的科研成本，更重要的是能够为中国生物技术产业输出高科技产品，让我国的科研更好地扎根本土，同时还能带动相关制造产业的提升。中心主任雷鸣希望，上海设施这个国家级大科学装置今后能顺产、多产这样的“金蛋”。

邓玮博士负责的是规模化蛋白质制备系统。这是一套由上海设施自主设计的自动化系统，运用这套设备，每天最多可以克隆1000个基因，而实验室人工克隆， 一个学生1天最多克隆10个。“一般实验室用不了这么大的系统，但1天克隆100个基因的中型系统，会很受欢迎。”邓玮说，蛋白质领域的一项基础工作就是 基因克隆的构建，如果有了这套系统，这项耗费10个研究生整天时间的工作，只需一个技术员就能完成。

邓玮平时的主要工作是做好规模化蛋白质制备系统设施的运行维护，为用户提供技术服务，所以她和同事就利用下班以后、周末等业余时间来做研发。利用手头现有的自动化零配件组装加工、编写软 件、调试设备……他们陆续做了好几个月，目前样机已初具格局。接下来，他们会将样机送到中心的实验室里，请研究员们试用并提出改进意见。“改进后，再送到 高校、研究所的实验室试用。”邓玮说，不少实验室已经等着成为他们的试验用户，如果可以实现产业化，将会很有市场。

对这套系统有兴趣的，不仅仅是实验室，国内的实验试剂供应商也跃跃欲试。这套系统尚在研发，就有企业表示愿意与上海设施合作，共同研发仪器配套的试剂。这家企业一直为进口仪器配套试剂耗材，非常希望发展国产的高端实验仪器，无奈自主研发未能成功。所以一听说上海设施的项目，立刻就来寻求合作。

“高端实验仪器是一个相当巨大的市场，它的需求可能是全球性的。”雷鸣说，如果将一台实验设备做到全球顶级，那从事该领域研究的实验室都会前来购买，而配套耗材、更新维护等更可带动一个产业。“如果我国的高水平科研都建立在进口实验设备的基础上，这样的科研大厦牢靠吗？”他说，将科研根基逐步扎在国内，还能带动相关制造业水准的提升。

大科学装置建成后，仅仅维持其运行，显然还不能充分发挥其能量。从全球来看，围绕大科学装置，无一不在发展相关的高技术，并用来发展产业。让上海设施成为生物产业高技术的摇篮，一直是雷鸣的设想之一。令他欣喜的是，短短一年不到，在上海设施的实验室里，正在孕育中的“金蛋”已有不少。

微流控自动化点晶体机器人可以将蛋白样品消耗量降低10倍，如研制成 功，将会达到全球一流水平，大大提高晶体筛选的效率并降低结晶实验成本。“要知道，这样一台机器人，进口仪器的售价高达百万元。”参与研发的研究员牟波说，更换一套针头就需要十几万，而这套针头的更换频率高达一年半一次，“就因为中国生产不出这样的机器，所以外国厂商无论机器还是耗材的定价都极其昂贵。”他和同事希望能够打破这种垄断。

单细胞质谱分析技术，可将实验所需细胞数量从100万降低几个数量级，使科学家可以在特定单克隆细胞中发现异于常态之处。负责该技术研发的彭超博士是上海设施质谱分析系统运维主任，他透露，在他们碰到的技术问题中，约20%-30%是特殊需求， 无法用常规技术手段解决，如果可以突破一个共性技术的瓶颈，将可帮助一大批科学家推进科研，而这些技术也很可能转化成颇有市场的高技术产品。

在雷鸣看来，如果要挖掘上海设施在这方面的潜能，还需更灵活的体制机制，让这些成果可以及时孵化、转化，同时也需要对科研人员进行分类，让他们根据自身的特长，无缝转移到更合适的岗位上。比如，目前整个设施的首要任务是做好运行维护，现在不少具有技术研发潜力的高端人才坚持在运维岗位上——如果可以让用 人机制更灵活，或许他们可以投入更多精力来从事高技术产品的开发，让科研产业“金蛋”孕育得更快一些。