今天是“红蓝融合”与您相伴的【第743期】
核糖核酸（RNA）是遗传信息的传递者，蛋白质是生命活动的执行者。与其他生物大分子一起，共同构成生命体的复杂组织和功能体系。近期，2024年诺贝尔奖发布，在生理与医学、化学领域，就颁给了在RNA和蛋白质方面作出开拓性贡献的科学家。（相关链接：《揭开基因调控之谜！解读2024年诺贝尔生理学或医学奖》《2024年诺贝尔化学奖揭晓！又与AI相关》）
据了解，自1953年分子生物学开端，生物大分子结构与功能相关研究已经获得近20次诺贝尔生理与医学、化学奖项。为什么诺贝尔奖如此青睐生物大分子领域？我国生物大分子结构与功能研究发展到了什么阶段？科普时报记者对话中国科学院院士、中国科学院生物大分子卓越创新中心首席科学家饶子和，分享他的真知灼见。
饶子和。图源：清华大学官网
记者：
相较于其他领域，生物大分子结构与功能相关研究成果屡次获得诺贝尔奖的原因是什么？
饶子和：
在诺贝尔奖的历史上，如盘尼西林、肌红蛋白/血红蛋白、DNA结构、细菌光合作用中心、核糖体等生物大分子结构的研究，无一例外都帮助人类把对重要生命过程的认知推动到原子分辨率水平。
尤其是冷冻电镜、自由电子激光等现代结构生物学技术手段的发展，让我们不再满足于单一生物大分子或生物大分子形成的简单复合体，而是更加关注生物大分子复杂体系和网络的在体、原位表征。这些工作，毫无疑问能够把人类对生命过程的认知向更微观、更准确的方向推进。
同时，对生物大分子结构和功能的研究还能极大地推动医药转化研究，小分子药物、抗体药物、疫苗等的发展，都需要对靶点和药物本身具有清晰认识。对靶点和药物作用机制的研究，已经在我们已知的各种小分子药物的研究中发挥关键作用。
此外，还有一点是至关重要的，结构生物学并非仅仅只是一门“解释”和“说明”性质的学科，通过结构生物学的研究，还能够从头发现许多自然界中的新反应、新现象、新规律，是加速现代生命医学研究的重要推动力。
2024年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎。图源：诺贝尔奖官网
记者：
在过去20多年时间中，我国科学家在生物大分子结构功能领域取得诸多具有国际重要影响力的成果。您认为，这背后的支撑是什么？
饶子和：
我国生物大分子结构和功能研究的快速发展，得益于3个因素，即长期坚守、开放兼容、艰苦奋斗。
20世纪60年代和70年代，王应睐、曹天钦、钮经义、邹承鲁、龚岳亭、汪猷、邢其毅等老一辈科学家成功获得了人工合成的牛胰岛素。此后，在唐有祺等先生的倡议下，中国科学院物理研究所的梁栋材、李鹏飞、范海福等先生，中国科学院生物物理研究所的林正炯、王家槐、王大成等先生，以及北京大学顾孝诚等一批科学家联合攻关，获得胰岛素晶体结构，成为我国蛋白质晶体结构研究的里程碑。
20世纪90年代末期，随着一批科学家学成归国，我国的蛋白质研究进入了一个快速发展的新时期。在这个阶段，他们把当时最先进的分子生物学、蛋白质科学、结构生物学技术带回国内，积极开展与国外同行的合作交流，是这一阶段中国结构生物学迅速达到世界先进水平的核心因素。
进入21世纪的第2个10年，在国家各项科研政策的大力支持下，我国的结构生物学领域涌现了一大批新秀，发展成拥有上百家实验室的庞大队伍，为我国的蛋白质研究作出了突出贡献。在这个阶段，我国科学家的艰苦奋斗精神，毫无疑问是最值得称颂的。
此外，国家通过“973”计划、蛋白质研究重大科学研究计划、蛋白质机器与生命过程调控国家重点研发计划等长期、稳定的支持，建成了以上海和北京为中心的国家蛋白质设施等大型综合研究创新基地，形成了以各种大型科学仪器和先进技术集成为核心的综合性大科学装置，对蛋白质研究乃至整个生命科学领域的发展起到了重大支撑作用。这些投入极大地推动了我国在生物大分子领域的跨越式发展。
记者：
在技术日新月异的今天，生物大分子结构与功能研究的哪些方面不可忽视？
饶子和：
“一步先，步步先。”我国生物大分子结构和功能研究成果丰硕，但是必须要有危机意识，尤其是在技术发展日新月异的今天，不预先谋划未来，就有可能落后。我认为有如下两点需要特别关注。
一是，实验科学要求长期积累，只有持之以恒的学科沉积、领域沉淀、成果积累，才能形成优势和特色的方向，才有可能酝酿出最具原始创新性的颠覆性成果。在深刻认识生物大分子结构和功能研究重要意义的基础上，国家不断加强对这个领域的支持力度，才可能在未来继续走在世界最前列。
二是，新技术、新方法是结构生物学发展的重要推动力。21世纪以来，以自由电子激光技术、冷冻电镜技术为代表的结构生物学技术突飞猛进，使得在体外对“非均一、非稳定”的复杂、动态生物大分子超大复合体的结构研究得以实现。结构生物学研究从相对“静态、分子水平”的研究，加速向“动态、细胞水平的超大分子复合体研究”过渡。
同时，近年来，蓬勃发展的人工智能技术与生命科学、结构生物学高度融合，拓展了结构生物学的研究方法和研究思路。全新的整合实验结构生物学和计算结构生物学为一体的下一代结构生物学已拉开帷幕，正朝着“更高时空复杂度、更快速、更准确”的方向延展，将实现对原有架构的全面超越。
为了能够让我国在结构生物学发展的新时期依然走在世界前列，国家应加大对结构生物学研究群体、新的研究范式下结构生物学原创性工作的支持，继续加大对新技术、新方法、新设备的支持，探索基于大数据的数据库、算法等方面的研究，形成具有中国特色、优势的研究领域，占据在国际上能够引领发展方向的制高点。
