人體里的蛋白質(zhì)宇宙
作家：郭天南（西湖大學(xué)特聘研發(fā)員）；孫耀庭、梁瀟（該校博士生）
分子世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)掘蛋白質(zhì)的品種、含量、本質(zhì)、構(gòu)造、時(shí)空定位并且動(dòng)態(tài)改變與生命健康息息有關(guān)，是重病產(chǎn)生最根基的元素。細(xì)胞內(nèi)外有無(wú)數(shù)的蛋白質(zhì)“機(jī)械”，它們一直處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行之中，指示著當(dāng)下生命體的健康狀況和重病進(jìn)展?fàn)顩r。假設(shè)可以通過(guò)技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)的及時(shí)狀況進(jìn)行丈量，咱們就有也許開(kāi)拓重病產(chǎn)生、成長(zhǎng)的法則，并開(kāi)發(fā)愈加有效的治愈方式。
1“暗物質(zhì)”蛋白質(zhì)世界：生在基因，命在蛋白
提到生命科學(xué)，大家也許對(duì)基因更為認(rèn)識(shí)，而對(duì)相對(duì)年青的蛋白質(zhì)科學(xué)則鮮有了解。事實(shí)上，固然基因譜寫(xiě)了生命的藍(lán)圖，但其僅是一維的線性序列?；蛲ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)錄翻譯，表示為蛋白質(zhì)，才構(gòu)成了三維世界的動(dòng)態(tài)生命體。如毛蟲(chóng)化蝶、蝌蚪變蛙，其個(gè)人基因不曾變化；1個(gè)人從出身到滅亡，基因組也根本維持安穩(wěn)。這類生命流程的變化，背后是無(wú)數(shù)蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。中國(guó)科學(xué)院院士賀福初老師有句話總結(jié)得好，“生在基因，命在蛋白”。
在一維空間，永遠(yuǎn)不能解讀三維空間的高難性。相較而言，蛋白質(zhì)的高難性要比基因高于不少。首先，一類基因能夠表示成多種蛋白質(zhì)；其次，蛋白質(zhì)會(huì)像扭曲金剛同樣不停在時(shí)空中產(chǎn)生改變；另外，蛋白質(zhì)處于不停的形成和降解的平衡中，有多種多樣的翻譯后潤(rùn)飾變體，且能構(gòu)成高難的復(fù)合物，等等。
人體究竟有多少種蛋白質(zhì)？據(jù)預(yù)計(jì)，已知的起碼有兩萬(wàn)種，預(yù)判起碼有16萬(wàn)種以上。再者多個(gè)蛋白質(zhì)產(chǎn)生的不同變體及潤(rùn)飾，蛋白質(zhì)的品種也許超越千萬(wàn)。
而蛋白質(zhì)組又是什么？蛋白質(zhì)組的概念最早在1994年被提出，被定論為“由1個(gè)基因組所表示的一切蛋白質(zhì)”。
蛋白質(zhì)組學(xué)研發(fā)面對(duì)多大的戰(zhàn)斗呢？若想在1個(gè)成年人體內(nèi)搜到某個(gè)蛋白質(zhì)，就如在千萬(wàn)條江河中尋找一滴水。在某種意思上，每1個(gè)人體都能夠視作由蛋白質(zhì)機(jī)械為主產(chǎn)生的“蛋白質(zhì)宇宙”。因?yàn)檠邪l(fā)難度過(guò)高、須要高難的技術(shù)措施等種種原因，咱們對(duì)人體的蛋白質(zhì)宇宙知之甚少，這個(gè)行業(yè)是生命科學(xué)中最前端、最有戰(zhàn)斗性的方向之一。
據(jù)預(yù)計(jì)，現(xiàn)在95%以上的人類蛋白質(zhì)組性能研發(fā)都聚焦于約5000種研發(fā)較多的人類蛋白質(zhì)，而人體內(nèi)還存在著1個(gè)較大的“暗物質(zhì)”蛋白質(zhì)世界——這類沒(méi)有或者很少被研發(fā)的蛋白質(zhì)越來(lái)越無(wú)人問(wèn)津；而事實(shí)上，這類性能未知的蛋白質(zhì)也許把握著翻開(kāi)處理人類重要重病的鑰匙，如癌癥、阿爾茲海默癥并且多種稀有病。
現(xiàn)在，在世界首要發(fā)達(dá)國(guó)度，科技界和工業(yè)界已然漸漸認(rèn)知到蛋白質(zhì)組的首要性。2018年，我國(guó)科技部組織遴選了一批國(guó)際大科學(xué)策劃培養(yǎng)項(xiàng)目，由賀福初老師引領(lǐng)的“人類蛋白質(zhì)組策劃2.0暨蛋白質(zhì)組驅(qū)動(dòng)的精確醫(yī)學(xué)”項(xiàng)目是首批開(kāi)啟的3個(gè)項(xiàng)目之一。2022年2月2日，美國(guó)總統(tǒng)拜登重啟了奧巴馬世紀(jì)的“癌癥登月策劃”，而蛋白質(zhì)組正是這個(gè)項(xiàng)目標(biāo)最首要的方向之一。就在不久前，含蓋我國(guó)科學(xué)家在內(nèi)的六國(guó)科學(xué)家也在世界范疇內(nèi)聯(lián)合發(fā)動(dòng)了一項(xiàng)“未十足研發(fā)的蛋白質(zhì)”調(diào)研，并在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》的系列子刊上刊登了對(duì)于該調(diào)研的文章，呼吁更多研發(fā)職員和科學(xué)家添加該項(xiàng)研發(fā)，解密那些未知的“暗物質(zhì)”蛋白質(zhì)世界，不停加大人類對(duì)生命活動(dòng)領(lǐng)悟的邊緣。
2蛋白質(zhì)組+AI：新技術(shù)破解重病治愈“暗碼”
