給蛋白質(zhì)裝上“開關(guān)”

    編者按 

黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視科技創(chuàng)新，提出必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略。高校作為國家創(chuàng)新體系的重要組成部分，立足“兩個大局”，堅持“四個面向”，取得了一批具有標(biāo)志性意義的重大科技成果，為促進經(jīng)濟社會發(fā)展和實現(xiàn)高水平科技自立自強提供了重要支撐。即日起，本報推出“科技創(chuàng)新 教育力量·高?？萍紕?chuàng)新成果巡禮”專欄，展示高?？萍紕?chuàng)新成果，講述其背后的故事。

    ■科技創(chuàng)新 教育力量·高校科技創(chuàng)新成果巡禮

提及化學(xué)反應(yīng)，人們往往想到的是實驗室中的瓶瓶罐罐和各種化學(xué)試劑。然而，當(dāng)這些化學(xué)反應(yīng)的“舞臺”轉(zhuǎn)移到微小的活細胞內(nèi)部，由科學(xué)家精心引導(dǎo)和控制時，細胞內(nèi)的生物大分子便會發(fā)生神奇的變化——這就是“生物正交反應(yīng)”。

生物正交反應(yīng)能夠在不干擾生物自身生命過程的前提下進行，為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究推開了一扇嶄新的大門。如今，這項技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從生命科學(xué)的基礎(chǔ)研究到藥物開發(fā)、臨床檢測等環(huán)節(jié)。

“就好比給細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)裝上‘開關(guān)’，能精準地調(diào)控其功能?！卞^定化學(xué)與生命科學(xué)的交叉前沿領(lǐng)域，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授陳鵬率先提出生物正交剪切反應(yīng)的概念，使我國在以生物正交反應(yīng)為代表的化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域走在國際前沿。

眾所周知，細胞是生命的基本結(jié)構(gòu)和功能單元。然而，活細胞又是一個非常脆弱封閉的生命體系，向其中引入的化學(xué)反應(yīng)需要適應(yīng)常溫、常壓、水相和中性pH值等特殊的環(huán)境，并且不對其內(nèi)部的蛋白質(zhì)造成損害或干擾，這無異于“瓷器店里抓老鼠”，是一項極具挑戰(zhàn)的科學(xué)難題。

“傳統(tǒng)的生物正交反應(yīng)都屬于‘成鍵’反應(yīng)，多用于生物分子的標(biāo)記，無法對其功能進行調(diào)控。”陳鵬說，在與學(xué)生的一次頭腦風(fēng)暴中，“把化學(xué)鍵切開”的靈感突至，他和學(xué)生逆向突圍，在國際上首次提出基于化學(xué)鍵斷裂的生物正交剪切反應(yīng)，并以此開發(fā)了“蛋白質(zhì)化學(xué)脫籠”技術(shù)，開創(chuàng)了活細胞內(nèi)原位研究蛋白質(zhì)功能機制的新方向，在蛋白質(zhì)機器“生理底物”的解析中獲得重要發(fā)現(xiàn)。

“我們的研究開拓了利用化學(xué)方法研究生命機制的新途徑，促進了化學(xué)與生命科學(xué)的深度交叉融合，為生物藥技術(shù)革新提供了新的契機，使我國在以生物正交反應(yīng)為代表的化學(xué)生物學(xué)研究進入國際領(lǐng)跑行列。”陳鵬表示。

陳鵬的研究成果也讓國際同行豎起了大拇指?！霸摴ぷ魉宫F(xiàn)的應(yīng)用范圍令人嘆服，鑒于其普適且方便操作，將為研究那些先前不可及的時空動態(tài)生物學(xué)過程打開新的大門?！痹擃I(lǐng)域國際權(quán)威Klaus Hahn教授評價說。

不同學(xué)科之間的交流碰撞，總能讓陳鵬產(chǎn)生新的靈感。在他看來，交叉這條路一定是通向成功之路。很多基礎(chǔ)研究解決不了的問題就要用學(xué)科交叉的思路來解決。他常常鼓勵學(xué)生要跳出舒適圈，不走尋常路。無論是與其他學(xué)科導(dǎo)師聯(lián)合培養(yǎng)，還是把不同方向?qū)W生聚在一起開組會，陳鵬都有意識地培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，培養(yǎng)他們批判性提問和解決問題的能力。

如果說前10年的研究致力于理論上的突破，那么接下來的10年，陳鵬希望解決生命科學(xué)的實際問題，在面向生命健康的新賽道上全力沖刺。

如今，生物正交反應(yīng)在疾病的治療和檢測等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。陳鵬團隊克服活體動物環(huán)境對生物正交反應(yīng)更為嚴苛的制約，探索了在活體化學(xué)驅(qū)動的生物新技術(shù)引領(lǐng)下，從基礎(chǔ)研究到臨床應(yīng)用的貫通創(chuàng)新。基于“生物正交剪切反應(yīng)”，他率先提出可在活體動物內(nèi)“剪切”釋放的“生物正交前藥”概念。

“我們團隊正在研究癌癥靶向藥物，通過生物正交剪切反應(yīng)，使得原來不能識別癌細胞的小分子藥物獲得靶向癌細胞的能力，精準‘轟炸’癌細胞，而不是像傳統(tǒng)化療藥物那樣敵我難辨，給病人帶來很多副作用?！标慁i說，這項研究已經(jīng)通過了驗證，進入臨床類器官試驗階段。

下一步，陳鵬將重點關(guān)注免疫治療，更精準地找到認識癌細胞和殺傷癌細胞的那些免疫細胞，并且把他們調(diào)動起來。“我最大的夢想是研發(fā)出癌癥疫苗，針對癌癥病人，提供一種類似預(yù)防感染性疾病的疫苗。通過早期診斷，一旦識別出患病風(fēng)險，患者就能及時接種這種疫苗，從而極大地降低癌癥的發(fā)病率和死亡率，為人類的生命健康保駕護航?！标慁i說。

《中國教育報》2024年06月19日第1版