中国学者获得国际蛋白质研究奖项第一名

中国学者获得国际蛋白质研究奖项第一名

　　

蛋白质结构预测：生命科学的又一场竞争 

  中国学者张阳最近在第七届蛋白质结构预测技术评估大赛中获得第一名的好成绩。消息传来，他做博士后时的导师欧阳钟灿院士给予高度评价。据欧阳钟灿介绍，由生物大分子的基因序列预测其结构，是当前生物学研究面临的最重要挑战之一，如果能够实现，将在生物技术与药物设计领域产生巨大影响。  

        2006年11月26～30日，第七届CASP总结大会在美国加州阿萨尔默会议中心举行，在大会公布的测评排列名单上，美国堪萨斯大学的助理教授张阳位居第一。  

        对此，中国科学院院士欧阳钟灿评价说：“CASP被誉为蛋白质结构预测领域的奥林匹克竞赛，张阳获得第一名，表明他已经走在这个领域的最前沿，这个成就令人兴奋。”  

        蛋白质结构预测技术评估(CASP)大赛是一个世界性的蛋白质结构预测技术评比活动。1994年，第一届CASP在美国马里兰大学生物技术研究所的约翰·莫尔特（John  Moult）倡议、组织下举行，此后每两年举行一次。  

        张阳在华中师范大学师从刘连寿教授并获得物理学博士学位，1999～2000年在中国科学院理论物理所跟随欧阳钟灿院士做博士后，2001年初到美国。张阳说：“比赛获胜说明我们的预测方法的确行之有效，我很高兴看到这一点。在当今蛋白质结构预测这个竞争激烈的领域，赢得CASP比赛胜利是得到同行尊重和承认的最重要和几乎唯一的途径。”  

        近日，张阳到北京参加会议并到中科院理论物理所访问，在此期间，他接受了《科学时报》的专访。  

 结构密码蕴藏在排序中  

        这是一个复杂但很有意思的生命过程——基因承载了生命的遗传信息，生命的功能则是藉由蛋白质执行的；蛋白质是由20种氨基酸组成的肽链，而DNA中的基因控制了蛋白质中氨基酸种类的排序。蛋白质只有在折叠的状态下才能表现出生命的功能，但折叠是如何自发形成的呢？  

        氨基酸序列与蛋白质空间结构的关系研究源于美国生物化学家安芬森（C.Anfinsen）。1961年，他研究了核糖核酸酶的去折叠和重折叠过程，发现在相同的环境中去折叠的蛋白质都会恢复到原来的空间结构，认为蛋白质链会以自由能最低的方式形成三维结构，由此推测蛋白质的折叠密码隐藏在氨基酸排序中，即所谓的安芬森原则：蛋白质一级排序决定三维结构。因为“对控制蛋白质链折叠原理的研究”，安芬森获得1972年诺贝尔化学奖。  

        然而，蛋白质的空间结构极其复杂，该如何确定呢？现在有两种方法：一种是实验测量，包括用X射线衍射和核磁共振成像；一种是理论预测，利用计算机根据理论和已知的氨基酸序列等信息来预测，方法包括同源结构模拟、折叠辨识模拟和基于第一性原理的从头计算。  

        1913年，劳尔和布拉格父子第一次发现X射线通过晶体可以产生衍射现象从而确定原子在晶体中的位置并因此获得诺贝尔奖。1957年，剑桥大学的肯德鲁用劳尔-布拉格的方法确定出第一个蛋白质(肌红蛋白)的三维结构从而获得1962年的诺贝尔化学奖。此后18年间,人类共测出38个蛋白质结构；至1980年，这个数目增长到184个。  

        显然，用实验方法测量蛋白质及生物大分子的结构相当繁琐。张阳说：“蛋白质结构的实验测定十分费时费力。多年前测定一个蛋白质的结构就有可能获得诺贝尔奖。如今随着技术的进步，实验测蛋白质结构的时间和花费已经大大地减少了，但测定一个蛋白质结构的平均费用也在100万美元左右。”  

        自然界有大量种类的蛋白质，实验只能测出其中非常小的一部分，目前“蛋白质数据库”中只有3万多个蛋白质的结构。有没有其他方法可以更快、更经济地测量出大量蛋白质呢？  

 

        物含妙理总堪寻  

        既然蛋白质结构的密码隐藏在序列中，那么解开这个密码就可以通过序列来解开蛋白质的结构。张阳说：“我们的目的就是用计算机从氨基酸的序列来直接预测蛋白质的结构。将序列输进计算机里，设计一套程序，让计算机去计算和确定蛋白质中每个原子的三维坐标。如果这种理论方法经实验数据的验证可行，那么就可能通过计算机自动预测出蛋白质的结构，这几乎是免费的。”  

        然而，用序列预测结构谈何容易。驱动氨基酸折叠形成特定三维空间的作用诸多，包括氨基酸侧链分子间作用力、水分子表面张力、氨基酸侧链分子间的电偶极距和电磁力以及它与水分子的相互作用等。根据数学计算，由100个氨基酸构成的小蛋白质的空间构象可能会有1050种空间结构。  

        物含妙理总堪寻。张阳说，一种氨基酸序列只可能有一种蛋白质结构，这就是计算机预测蛋白质结构的意义所在。根据安芬森的热动力学原理，蛋白质在细胞中应该处在它与环境的自由能最低态。这意味着可以根据物理、化学、生物学等知识来设计蛋白质的能量函数，因此寻找这种最低自由能所代表的结构。  

        科学家们使出十八般武艺来预测序列与结构间的密码，寻找出三种有代表性的预测方法：同源结构模拟（Homology  Modeling）、折叠辨识模拟（Fold  Recognition）和基于“第一原则”的从头计算方法（Ab  Initio）。  

        张阳说，同源模拟又称为比较性模拟。如果目标蛋白质与已测出结构的蛋白质的序列有30%以上的相似，那么这两种蛋白质可被视为同源，它们也应该有类似的空间结构。因此，若知道同源蛋白质家族中的某些蛋白质的结构，就可利用它们作为模板来模拟目标蛋白质的结构，这种方法速度较快，精度也比较高。但是这种方法有局限性，毕竟已知结构的蛋白质数量很少，而且很多蛋白质没有同源系列。  

        折叠辨识模拟又称串线指认方法，意思是指把目标蛋白序列与蛋白质数据库中所有的蛋白质结构进行逐一对比。自然界中有些蛋白质的氨基酸序列不大相同，但其结构极为相似。张阳说：“这对我们建立新计算机模型非常有用。在无法进行序列比对的情况下，我们就想办法用目标序列直接与已有的其他蛋白质结构进行比较。具体做法是，设计一个打分系统，让计算机来识别这个序列放在被比较的其他蛋白质上是否‘舒服’，再根据得分高低判断序列是否会折叠成这种结构，评分系统是这种方法的关键。”  

        “从头计算”方法源于安芬森的“最低自由能构型假说”。张阳说，前两种方法是用已知结构的蛋白质为模板来构建新的结构，而“从头计算”不需要模板，它是以物理为基础来研究蛋白质的折叠方法，怎样设计适当的能量函数，怎样找到相应的最低自由能是这种方法的关键。  

 

        蛋白质预测的梦幻项目  

        欧阳钟灿说，随着人类和其他动物基因组测序工作的完成，生物学研究面临的最重要的挑战之一，就是如何由这些生物大分子的基因序列预测它们的结构。如果能够做到这一点，将在生物技术与药物设计领域产生巨大的影响。  

        DNA测序技术的突飞猛进让科学家们可以由此推导出大量的蛋白质序列，各类学者也在你追我赶地预测蛋白质结构，许多人声称自己的理论模式与实验测量结果最吻合，有没有一种更公正的评价方式呢？  

        约翰·莫尔特倡议举行的CASP大赛，是一种大规模的实验,旨在对当时的蛋白质结构预测技术水平有一个深入客观的了解,掌握当前的方法能够做什么,存在的困难以及将来的发展方向。  

        测评工作分三步：从实验研究协会收集并确定预测目标蛋白，请X射线晶体检测学家和核磁共振光谱学家在限定时间内测出结构；公布目标蛋白质序列，要求结构模型研究协会在限定时间内提交预测结果；再组织独立的讨论和测评。  

        从1994年的33个目标蛋白质、35个参加小组，到2006年100个目标蛋白质、207个参加小组与98个服务器，CASP进行到了第7届，成为代表着蛋白质结构预测领域的世界前沿水平竞争。最近在纽约科学院的一次演讲中，莫尔特将CASP形容为梦幻项目，他说，蛋白质结构一定蕴含奥妙，等待我们去寻找，创建CASP的初衷就是跨越科学和人类的障碍，确定最先进的技术，解开最重要的瓶颈问题。  

 

        博采众家之长，脱颖而出  

        张阳从2002年开始与人合作参加CASP，但在2006年，他独立参加比赛。他感谢过去的经历给自己的帮助。  

        1999年，在德国做完洪堡学者后，张阳跟随中国科学院理论物理研究所郝柏林院士和郑伟谋教授做理论物理研究。在此期间，他偶然读到欧阳钟灿一篇细胞膜的文章，觉得特别有意思。他说：“我原来的研究领域是高能物理，研究对象是电子质子夸克等看不见摸不着的基本粒子。观测这些粒子需要高能碰撞，然后对末态进行间接研究；欧阳老师的文章让我觉得生物和我原来的研究领域完全不同。研究对象可以是看得见、摸得着的东西。”于是，他就转到欧阳钟灿的研究小组，与博士生周海军共同研究DNA分子的弹性和伸长间的关系。  

        2001年初，张阳到美国布法罗大学师从Jeffrey  Skolnick教授。“Skolnick教授是世界上最权威的结构生物信息学家之一。我很有幸能在Skolnick实验室工作。从他那里我得到了关于蛋白质结构方面系统的学习和训练。实际上在到美国之前，我甚至连蛋白质长什么样都不知道。”张阳说。  

        2002年，张阳和Skolnick合作参加CASP5，他们应用切割模板结构的方法设计了一种名为Tasser的软件。在这种方法中他们综合应用同源模拟、折叠模拟和“从头计算”三种方法的优点，将类似的结构片段剪切出来，然后再按最低自由能法让计算机将片断组合起来。他说：“设计Tasser的关键是找出自由能最低的态。”  

        2005年底，张阳成为堪萨斯大学的助理教授，建立了自己的实验室。他独立开始做的第一件事就是参加2006年5月开始的CASP。这一次，他根据经验重新制作了新的软件——I-TASSER。张阳介绍说，这个软件对已经组合的蛋白质片断进行再切割和组合，使预测的精度大大提高。当第10个目标蛋白质的预测结构与实验结构公布后，他的服务器就在自动组位居第一，而且一直遥遥领先。  

        为什么会有这样好的结果呢？张阳说：“主要是我们的算法设计得好。一是要正确定义能量函数，二是设计一种精确的计算机搜寻引擎来寻找能量最低值。因为这个能量函数有无穷多个局域网的极小值，怎样快速找到这个总体最小值是关键的一步。”  

 

        还有很长的路要走  

        欧阳钟灿说：“近40年来，科学家们一直在探讨蛋白质序列与结构间关系，一直没有确切的结论，但结果一次比一次好，张阳的胜利说明理论物理学家做这种事情很有长处。”  

        黎明在中科院理论物理所获得博士学位，现在是中国科学院研究生院老师，他说：“参加比赛的都是各路的神仙，张阳能够取得这样的成绩当然是很大的成就，这个第一远不只是一个新算法就能做到的。他把以前别人做过的‘棋局’全都做了统计归纳，做成这样的东西非常费事，对国内的科学家来说，很多人不愿意去做费事的东西，坐不下来，能做到这一步需要花费很多的努力。”  

        张阳说：“现有的从头计算方法只能预测氨基酸数量在100左右的蛋白质结构，解开序列与结构之谜还有很长的路要走。”CASP的网站上有这样一段话：“目前，虽然蛋白质结构预测问题还没有完全解决，但是至少有了希望。”莫尔特也曾讲过：“与同源模拟法相比，了解蛋白质结构的物理原理更为困难，但我们相信最终我们还是要回到物理学上。”
 
 
香山科学会议学术讨论会综述：蛋白质研究

世界科学技术的发展和我国综合国力的提升对蛋白质研究提出了日益重要和迫切的需求。对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用和动态变化的深入研究，将在分子、细胞和生物体等多个层次上全面揭示生命现象的本质，是后基因组时代的主要任务。同时，蛋白质科学研究成果将催生一系列新的生物技术，带动医药、农业和绿色产业的发展，引领未来生物经济。为此，香山科学会议于近日在北京举行了主题为“蛋白质研究”的第280次学术讨论会。南开大学校长饶子和教授、军事医学科学院贺福初研究员、中科院上海生科研究院吴家睿研究员担任了本次会议的执行主席。会议就蛋白质组学、蛋白质复合体与蛋白质机器、蛋白质功能、蛋白质与转录组、蛋白质与代谢组、计算与系统生物学等六个议题进行了广泛深入的讨论。  

    饶子和教授首先做了题为“蛋白质研究展望”的主题评述报告。他指出，当今蛋白质科学日趋复杂化、规模化、系统化，整合蛋白质研究优势力量，形成团队攻关，是实现蛋白质科学发展的重要举措。目前，蛋白质科学领域面临前所未有的挑战，许多大科学问题有待突破或即将突破，如，人体内有多少种蛋白质？能否预测蛋白质的折叠方式？蛋白质如何找到协作者？什么因素保证细胞内转运顺利进行？细胞器如何独立于DNA来复制自己？新技术能使测序成本降低多少？疾病靶蛋白研究等等。针对这些蛋白质研究的国际前沿热点问题，美国、欧洲、日本等对蛋白质研究的重大计划进行了部署并提出了相应的实施策略。美国能源部于2002年斥资3.5亿美元启动了“从基因组到生命（GTL）”的五年计划，利用系统生物学的研究方法对生命现象进行研究，蛋白质及其复合体的功能以及相互作用网络是其中主要的研究内容。2006年初美国总统布什又批准了1.19亿美元继续支持此计划，美国能源部计划建设四个具有不同研究方向的研究中心，进行大规模蛋白质特性研究、分子复合体成像研究、蛋白质组研究和系统生物学研究。2004年底美国加州政府出资30亿美元资助加州的大学和研究机构进行未来10年的干细胞研究。2005年美国NCI启动了“人类癌症基因组计划”，预计用10年耗资15亿美元来寻找所有与癌症相关的遗传突变。美国NIH自2000年启动了名为“Protein  Structure  Initiative  (PSI)”的结构基因组计划，它的终极目标是用10年解析10000个蛋白质的三维结构，此计划的起始阶段投资2.7亿美元，进展良好。2005年，NIH宣布将投资3亿美元继续开展此计划第二阶段的研究，目标是向蛋白质结构数据库（PDB）提交500个新蛋白质结构。NIH还投资2亿美元资助四个大规模研究中心解析蛋白质结构，投资1亿美元资助六个专业研究中心解决蛋白质、药靶研究中面临的困难和挑战。英国、法国和德国也有相似的投入。日本开展的主要几个后基因组计划包括“蛋白质3000计划”（5  年，1.6亿美元，分析3000个蛋白质结构和功能）、国家生物资源计划（0.86亿美元，收集、保持和发展每个物种的遗传资源）、技术创新（0.88亿美元，发展生物成像技术和生物信息学研究，促进基础研究向医药应用的转化）、其他基因研究（0.21亿美元，研究SNPs以发展有针对性的医药治疗方法）、对免疫和过敏的研究（0.42亿美元用基因技术研究免疫和过敏反应条件）。  

        与会专家提出了我国蛋白质组研究中长期发展的整体思路，建议全面实施首次由我国领导的大型国际计划——人类肝脏蛋白质组计划。回顾蛋白质组学10年以来的发展历史，总结出技术上快速发展、大量数据呈几何级数增加、从蛋白表达种类与数量谱到功能谱研究的转移正在发生、我国与先进国家在蛋白质组学科研上仍存在较大的差距等四个方面的主要发展特征。专家指出，蛋白质组学研究正从静态走向动态、从体外走向体内、从大量数据相对简单的积累到有效整合的发展趋势，并就未来我国蛋白质组学发展对策提出相关建议。与会专家对大项目所产出数据的公开、共享与知识产权保护问题进行了讨论，认为制定明确的“游戏规则”很重要。  

        结构生物学要和细胞（分子）生物学更紧密地结合起来，根据国际研究前沿和国内现有基础，围绕蛋白质相互作用和蛋白质机器的作用机制开展研究。结构生物学家从生物学功能的角度出发解决实际应用问题。专家们对“蛋白质机器”、“细胞工厂”等新概念的准确诠释和如何理解蛋白质之间相互作用等基本核心问题进行了探讨。  

        “蛋白质相互作用及其生物学功能”的报告在蛋白质相互作用网络与细胞信号转导及调控、蛋白质相互作用的研究手段及其规模化应用、细胞信号转导中蛋白质相互作用的研究现状与趋势三个方面进行了深入探讨。“肿瘤免疫监视机理研究”的报告提出了针对肿瘤免疫生物学功能在整体水平上开展蛋白质研究的思路，引起了与会专家的关注。蛋白质结构和功能相结合的问题也是大家共同关注和讨论的热点。与会者认为应加强功能与结构研究的结合，开展功能导向的结构生物学研究，并利用结构信息指导蛋白质功能机制的研究。  

        吴家睿研究员主持了“蛋白质与转录组专题”的讨论。于军、张庆华研究员分别就“细胞水平上的转录组与蛋白质组的系统研究”、“细胞发育与转录因子研究”做了报告。专家讨论了基因组、转录组与蛋白质组之间的联系，并展望了未来生命科学与技术重点发展方向和可能产生重大突破的领域。与会专家认为转录组是蛋白质科学研究中的重要部分，应予加强。同时还认为，应该在技术、仪器上有所贡献，特别是要更加看重技术创新的新思路。专家一致建议，设立蛋白质研究新技术、新方法专题，凝聚国内优势力量，联合攻关解决开展蛋白质研究的关键瓶颈问题。  

        关于“蛋白质与代谢组专题”的讨论。首先简要介绍了代谢组学发展的基本情况，并介绍了代谢组学研究在寻找神经性疾病相关的生物标记物中的应用。回顾了多肽发展历史以及一些重要的多肽分子，并介绍了一些在动植物发育中作为信号转导分子的重要多肽。与会专家讨论了当前代谢组学的定义、研究对象和研究方法。  

        在“计算与系统生物学专题”的讨论中，就“系统生物学”这门21世纪的新兴综合学科的发展，专家们认为其核心思路就是“整合”（Integration）。从蛋白质和蛋白质组研究入手，采用计算生物学、数学建模和生物信息学等理论科学方面的学术理论和技术工具，将经典实验生物学研究和转录组学、蛋白质组学、代谢组学等各种“组学”研究整合起来，从而揭示生物复杂系统或复杂性疾病的分子作用机制。要完成系统生物学的上述任务，必需开展两方面的工作：一方面是要开展基于系统生物学的计算生物学和生物信息学研究；另一方面则是开展对系统功能元件组成、修饰、相互作用和动态变化等方面的研究。与会专家认为，学科的发展走向系统理论是成熟的标志，系统生物学有可能成为能够产生继进化论、细胞理论、遗传理论和中心法则之后的新的核心理论的学科。面对这样的机遇，建议整合国内优势力量，在蛋白质科学研究的数据整合和分析、系统生物学的算法研究、模式生物与细胞等功能系统诸方面，超前部署，深入并形成一定规模地开展基础理论和系统方法研究。    

 专家建议：  

        1、“蛋白质研究计划”作为《规划纲要》列出的四大基础研究计划之一，要在国家的高度尽快进行顶层设计、科学布局，以保证蛋白质研究计划及时、顺利实施并实现预定目标。  

        2、在实施战略上，要面向国家战略需求和世界科技前沿，结合我国蛋白质科学的研究特色，选择若干蛋白质研究的基本科学问题为主线，有重点地部署研究课题。会议建议“蛋白质研究”计划按蛋白质组学、蛋白质复合体与蛋白质机器、蛋白质功能、蛋白质与转录组、蛋白质与代谢组、计算与系统生物学、蛋白质研究新技术新方法等7个专题部署实施。
 
 
北京蛋白质组研究中心与美国AB公司的合作 
 
蛋白质组研究中心是在中国科技部和北京市科委的支持下，由国家生物医学分析中心、江中制药集团、北京新医药和生物技术发展促进中心等单位共同发起，清华大学、北京大学、中国科学院生物物理研究所、中国医学科学院等单位参与共建的国家级蛋白质组研究机构。该中心座落于北京中关村生命科学园，集聚了以贺福初院士领衔的几十位海内外科学家，是促进中国蛋白质科学整体发展的科教研综合基地。同时，经国际“人类蛋白质组组织（HUPO）”认可，该中心已被推举为“人类肝脏蛋白质组计划（HLPP）”的执行总部，整体负责其组织管理、交流与合作、教育与培训、数据集散等工作；并经中国科技部和“中国人类蛋白质组组织（CNHUPO）”认可，该中心为“中国人类肝脏蛋白质组计划（CNHLPP）”的总领导单位。目前，中心已建立的高通量技术系统有：1、蛋白质表达谱研究系统；2、蛋白质修饰谱研究系统；3、蛋白质相互作用研究系统；4、功能基因组研究系统；5、抗体工程研究系统；6、生物信息学研究系统；7、蛋白质新技术新方法研究系统；8、蛋白质工程研究系统。

美国AB公司 （Applied Biosystems） 是生命科学和实验室仪器领域全球品牌卓越的厂商，总部设在美国加州的福斯特市，在2005年度销售额近18亿美金，上市于美国纽约证交所。根据市场需求，美国AB公司为生命科学家提供基因研究，蛋白质研究和新药开发所需要的第一流的仪器平台，消耗品及软件系统，并对客户提供完善的技术支持和服务。用户通过仪器分析核酸（DNA, RNA），小分子化合物，和蛋白质，来进行科学探索和新药开发。美国AB公司的产品也服务一些生命科学领域研究以外的快速增长的应用市场，比如：身份识别（法医和亲子鉴定）；涉及到生物恐怖袭击或自然生物威胁的生物安全预警；食品和环境质量安全检测。美国AB公司的兄弟公司，塞雷拉基因公司（Celera Genomics）用专利基因和蛋白研究平台发展分子诊断产品，用于鉴别、认证新的药物靶点。公司在小分子诊断方面与Abbott保持战略性的合作。除此之外，塞雷拉基因公司正在开发新的分子诊断和基因药物测定。塞雷拉基因公司发现研究与药物靶点相抵抗的治疗抗体，具有深远的战略意义。

11月8日，北京蛋白质组研究中心和美国AB公司在北京宣布正式成立“蛋白质组合作实验室”，充分利用双方在现代科学理念和技术与人才方面的领导优势，共同致力于蛋白质组学前瞻性领域的基础研究与技术创新，加强蛋白质表达谱和修饰谱的研究力度，加快重大疾病标志物的发现和诊断，为蛋白质药物的创制和研发，促进人类健康做出积极贡献。

该合作实验室将配置美国AB公司最新推出的最高灵敏度和分析速度及最高样品分析通量的4800 MALDI TOFTOF™ 串联飞行质谱仪系统，和iTRAQ™ 蛋白定量标记试剂。结合该实验室已有的全负荷运转的美国AB公司的4700 MALDI TOFTOF™ 串联飞行质谱仪系统，该实验室的成立将进一步提升北京蛋白质组研究中心的科研仪器和平台建设水平，保障其科研成果的国际领先地位，为促进中国蛋白质科学的整体发展奠定更坚实的基础。

 

我国启动基础研究领域四项重大科学研究计划  
 

　　全球变化研究、人类基因组图谱是人们所熟知的国际重大科学研究计划，它们极大地带动了相应科学领域的飞跃发展。记者11月15日从科技部了解到，我国开始启动自己的重大科学研究计划。“十一五”期间，我国将在基础研究领域组织实施蛋白质研究、量子调控研究、纳米科学技术研究、发育与生殖研究4个重大科学研究计划。

　　“实施重大科学研究计划，能够在较短的时期内，产生大量原始性研究成果，催生和带动相关高新技术的发展。”科技部基础研究司负责人介绍说，根据世界科学发展趋势和我国重大战略需求，基础研究领域围绕信息、人口与健康、材料等领域中的关键科学问题，重点部署了4项重大科学研究计划，力争在提高我国核心竞争力方面有所突破。这些计划采取项目申报和定向委托国家重点实验室等方式组织实施。目前，重大科学研究计划2006年立项工作已经启动。

　　为落实《规划纲要》，科技部会同国家自然科学基金委制定了《国家“十一五”基础研究发展规划》。“十一五”期间，基础研究经费还将持续稳定增长，并探索竞争性支持和稳定支持相结合的模式，加大对优势基地和优势团队的支持力度；加强国家重点实验室建设，同时在企业建立国家重点实验室，首批将启动30个企业国家重点实验室。

　　据介绍，近年来我国基础研究实力显著提高，大大缩短了与国际先进水平的差距，正在从量的扩张向质的提升转变，某些领域已进入国际前列。此次启动的4项重大科学研究计划重点分别是：蛋白质研究围绕基本生命活动机制、人类重大疾病产生机理与防治、重要生物性状调控机理，重点部署蛋白质组、基于模式生物的蛋白质功能和系统生物学、蛋白质研究方法学研究；量子调控研究重点研究量子通信的载体和调控原理，在与量子调控有关的量子现象的基本理论方面取得突破，在实验室初步实现基于这些现象的新量子调控技术；纳米研究重点研究纳米材料的可控制备、自组装和功能化，纳米材料的结构、优异特性及其调控机制等，建立纳米材料、纳米器件、纳米生物和医学研究体系，形成若干在国际上有带头作用的研究群体；发育与生殖研究开展生殖发育过程细胞分化与去分化、组织器官诱导形成和功能建立及机体衰老指令等重大科学问题研究。