運用生命活動解析技術(shù)探尋生命的色彩
生命科學(xué)領(lǐng)域最前沿的研究方向是什么？解析生命規(guī)律提供新方法有哪些？人類疾病的診療與藥物發(fā)現(xiàn)研究方面有哪些顛覆性技術(shù)？11月6日下午1時30分，我校面向本科生打造的高端學(xué)術(shù)講座“通海講堂”第55期暨“學(xué)校首屆十大學(xué)術(shù)進展”系列講座第2場在奉賢校區(qū)圖文信息中心通海廳準時開講。華東理工大學(xué)光遺傳學(xué)與合成生物學(xué)交叉學(xué)科研究中心主任楊弋教授受邀作為本次講座的主講嘉賓，講座由藥學(xué)院藥物科學(xué)系主任劉桂霞主持。出席此次通海講堂的還有校學(xué)術(shù)委員會秘書長呂遐、校長辦公室副主任王海明、校長辦公室蔣曉春。
在本期講堂中，楊弋以“生命的色彩”為題，從生物成像技術(shù)史、光學(xué)成像研究前沿和目前正在從事的研究這三個部分為學(xué)生們呈現(xiàn)出一場震撼的生命科學(xué)盛宴。
楊弋首先介紹了生物成像的基本歷史。“生物檢測的最高境界是生物成像”，楊弋指出，生物成像顛覆性方法與諾貝爾獎的聯(lián)系密切。自1901年倫琴因發(fā)現(xiàn)X射線而獲得了第一次諾貝爾物理學(xué)獎開始，生物成像領(lǐng)域先后獲得了十多項諾貝爾獎：1906年的神經(jīng)細胞染色技術(shù)、1953年相差成像技術(shù)、1979年CT斷層成像技術(shù)、1986年電子顯微鏡技術(shù)、2003年的磁共振技術(shù)、2014年超分辨熒光顯微鏡技術(shù)和2017年冷凍電鏡技術(shù)等多項技術(shù)。在生命科學(xué)領(lǐng)域，光與生命現(xiàn)象早已結(jié)下了不解之緣。從科學(xué)發(fā)展觀來看，在21世紀，所有的科學(xué)技術(shù)都將圍繞人與人類的發(fā)展問題，尋找各自的存在意義與發(fā)展面。因此，生物成像從來就是生命科學(xué)的熱點領(lǐng)域。
生命活動具有極度復(fù)雜的時空分布。在生命科學(xué)領(lǐng)域首先要做的兩件事情，一個是要有孫悟空的“火眼金睛”，即能看到生命的本質(zhì)是什么；另一個就是要有孫悟空的“金箍棒”，即合適的工具可以實現(xiàn)改變生命來達到治療疾病的目的。之前傳統(tǒng)研究分辨率低，通量低，近代研究是觀察性研究，在未來則要能夠?qū)崿F(xiàn)達到更精細的層次，并能對研究對象的多重性質(zhì)、動態(tài)的時空信息進行獲取，并實現(xiàn)對生命活動的觀察與調(diào)控。這就是生命科學(xué)的前沿所在。
生物光學(xué)成像的難點在于如何產(chǎn)生可識別的分子光學(xué)信號。從自然界來看，螢火蟲發(fā)光是一個常見的生命現(xiàn)象，它屬于高強度的生物發(fā)光肉眼可以看見。生物發(fā)光是一種酶催化的氧化作用，存在于細菌、真菌、昆蟲、魚類等許多有機體中，但是在高等的動植物中沒有發(fā)現(xiàn)生物發(fā)光。1962年，下村修在一種生活在北冰洋寒冰水域的水母-維多利亞多管水母體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并純化了綠色熒光蛋白。馬丁·沙爾菲發(fā)現(xiàn)了綠色熒光蛋白的價值，并第一次將這種工具投入實驗研究。1994年，華裔科學(xué)家錢永健改造了熒光蛋白，使之熒光更強并變色。這3位科學(xué)家由此獲得了2008年諾貝爾化學(xué)獎。從此，熒光蛋白帶來了生物技術(shù)的新革命，熒光蛋白可以標記任何的蛋白質(zhì)分子。各種化學(xué)探針和生物探針被發(fā)明出來以了解細胞各種物質(zhì)在不同的時間、空間、物種以及生命的調(diào)控過程等七維數(shù)據(jù)。
光遺傳學(xué)是最新發(fā)展起來的前沿學(xué)科，是21世紀生命科學(xué)領(lǐng)域最引人注目的革新之一。通過結(jié)合遺傳工程與光來操作，可對特定細胞內(nèi)的生物活動直接進行時間空間的控制。生物學(xué)家長期以來用試管做實驗，而現(xiàn)在可以用一束光把一個細胞和計算機連接起來，用計算機控制和接收細胞信號，從而實現(xiàn)單細胞分析，使人類對生命現(xiàn)象的控制程度達到了前所未有的水平。光遺傳學(xué)的意義在于可以改變生命體系，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、高通量，并通過與物理、化學(xué)、計算機、材料、機械等學(xué)科進行交叉得到大數(shù)據(jù)，并通過人工智能進行分析，這將會幫助生命科學(xué)研究取得很大的進展。
目前，華東理工大學(xué)在細胞代謝熒光成像技術(shù)方法及其應(yīng)用上具有強大研究實力，系列原創(chuàng)成果取得了國際同行的廣泛關(guān)注。代謝是生命的基本特征，是一切生命科學(xué)的基礎(chǔ)；而細胞是代謝的最小單位也是生命活動的最小單位。幾乎所有重大疾病都與代謝相關(guān)，如糖尿病、肥胖癥、衰老、腫瘤、神經(jīng)退行性疾病等。因此，代謝科學(xué)是國際生命醫(yī)學(xué)科學(xué)聚焦的最重要的研究領(lǐng)域。另外，人類通過控制代謝方向，讓物質(zhì)流動到理想的合成的產(chǎn)品，比如微生物藥物、化妝品、生物材料、降解污染物等。未來，大量的物質(zhì)將要由生命科學(xué)創(chuàng)造，即通過使用可持續(xù)的生物制造替代石油化工，通過合成生物學(xué)的途徑來實現(xiàn)“綠色地球”的目標。我校五十年代建校時的五個專業(yè)有三個專業(yè)與細胞代謝研究領(lǐng)域相關(guān)：染料專業(yè)、制藥工程專業(yè)、抗生素化工專業(yè)。經(jīng)過長期發(fā)展，已經(jīng)形成了細胞代謝研究的創(chuàng)新群體。我?？茖W(xué)家在細胞代謝監(jiān)控原創(chuàng)工具的基礎(chǔ)研究、藥物發(fā)現(xiàn)與藥物生物合成等應(yīng)用基礎(chǔ)研究方向都取得了一系列重要的創(chuàng)新成果。如楊弋教授團隊發(fā)明的系列核心代謝物遺傳編碼熒光探針、熒光RNA探針、光控基因表達系統(tǒng)等前沿技術(shù)方法可以實現(xiàn)對細胞代謝活動實時、高分辨、多層次的最精密監(jiān)測與控制，現(xiàn)已被國際同行廣泛跟蹤應(yīng)用。這些技術(shù)未來有望在代謝機制、藥理與藥物代謝、新藥發(fā)現(xiàn)、藥物制造、、化妝品檢測、食品檢測、環(huán)境檢測、藥物篩選、醫(yī)學(xué)即時檢測等各個方向得到廣泛應(yīng)用。
在互動環(huán)節(jié)，同學(xué)們積極踴躍的提出問題：糖尿病是否在將來可以通過光控的方式實現(xiàn)治愈、“對癌的戰(zhàn)爭”與“帶癌生存”的不同觀點的看法等，楊弋分別作出了詳細的回答，最后楊弋提出對同學(xué)們的寄語：生命圖像的秘密無窮無盡亟待探索，希望有越來越多的同學(xué)能夠參與到更多的研究中。整場講座氣氛熱烈而融洽。
此次“通海學(xué)堂”系統(tǒng)性地回顧近百年來科學(xué)家在生物成像領(lǐng)域中開發(fā)的顛覆性技術(shù)。這些技術(shù)不僅可為人們解析生命規(guī)律提供新方法，也可為人類疾病的診療與藥物發(fā)現(xiàn)的研究提供新的手段，還可用于生物工程與生物制造，具有重要的科學(xué)意義與社會經(jīng)濟價值。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點或證實其真實性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負責(zé)。如涉及侵權(quán)，請聯(lián)系我們及時修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com