院士最新成果解析蛋白技术

　　

来自中科院的消息，中科院物理所的研究人员几十年来从事蛋白质晶体学中直接法的研究，近年来又取得了重要进展：2004年提出基于直接法的“双空间SAD（单波长异常衍射）相位迭代推演”方法；2006年又提出基于直接法的“双空间MR（分子置换）结构模型迭代扩展”方法。这两种方法显著地提高了原有SAD和MR方法的效能。

领导这一研究的是范海福院士，其早年毕业于北京大学，20世纪60年代曾主持测定在中草药中发现的天然氨基酸-南瓜子氨基酸和使君子氨基酸的晶体结构，并开展针对天然有机物晶体结构分析的直接法研究，之后也获得了许多重要的研究发现，1991年当选为中国科学院院士，2000年当选为第三世界科学院院士。

测定蛋白质晶体结构，是研究生物大分子结构与功能之间关系所不可缺少的实验基础。SAD法和MR法是当前测定蛋白质晶体结构的主要方法。如果待测蛋白质有可供参照的、结构已知的类似物，通常都使用MR法求解；否则，多用SAD法求解。近年来登录到国际蛋白质数据库中的新蛋白质晶体结构，约有80%是使用上述两种方法之一测定的。

物理所从1965年开始研究将直接法与SAD（单波长异常衍射）或SIR（单对同晶型置换）法相结合以测定蛋白质晶体结构。这一研究方向在上世纪八、九十年代，发展为国际晶体学直接法研究的一个热点。世界上主要的直接法研究单位大都参与了这一研究，其中包括两个由诺贝尔奖得主领导的小组。1984-1985年间，物理所的晶体结构分析方法研究小组对自己1965年提出的方法作了重大的改进。此后，他们对于直接法与SAD或SIR方法相结合的研究一直具有重要的国际影响。

当前直接法在测定蛋白质晶体结构中的应用有三大类：一、测定蛋白质晶体的重原子亚结构；二、从头测定蛋白质晶体结构；三、与传统蛋白质晶体学方法相结合以破解原有方法中的“相位模糊”问题。其中第一类并不解决蛋白质的整体结构；第二类对实验数据要求很高，在已经测定的蛋白质晶体结构中只有5%左右可以满足其要求；第三类则适用于大多数情况。物理所的工作属于第三类。范海福课题组以自己的研究成果为基础编写的电子计算机程序OASIS是国际上用于执行第三类直接法的最重要的程序。OASIS程序的第一个版本发布于2000年，当年就被国际上使用最广泛的蛋白质晶体结构分析程序库CCP4收录，成为其中用于推演蛋白质SAD或SIR相位的、唯一的直接法程序。OASIS程序的第三个版本OASIS-2006包含了2004年和2006年两项重要的方法研究成果。2008年CCP4的最新版本已将其收录并用以替换原有的OASIS程序。另外，欧洲分子生物学组织EMBO的汉堡分部建立了一个蛋白质结构自动解析网络平台Auto-Rickshaw。该平台从2006年起采纳了OASIS，使这个平台从原来单向运作的模式变成可以循环迭代的模式。发表于J. Mol. Biol. (2008). 383, 49-61上的一篇论文，包含了关于Auto-Rickshaw自动解析蛋白质复合物DctBp/SIN晶体结构的记述：在使用OASIS之前，Auto-Rickshaw可以自动构建出相当于整体结构57%的模型；加入OASIS之后，建模比例提高至89%。

OASIS自发布以来，已有中、英、美、法、日、德等国的研究单位用来解决了多例其它程序难以解决的蛋白质结构分析问题。2005至2008三年间，范海福和同事们先后6次应邀在重要的国际学术会议和讲习班上介绍OASIS程序的原理和实际操作。目前，OASIS程序还在不断的更新之中，2009年内该研究小组将要发布一个性能和自动化程度都有明显提高的新版本。

附：

范海福研究员

范海福1933年8月15日生于广东省广州市。1956年毕业于北京大学化学系。现任中国科学院物理研究所研究员。20世纪60年代主持测定在中草药中发现的天然氨基酸-南瓜子氨基酸和使君子氨基酸的晶体结构，并开展针对天然有机物晶体结构分析的直接法研究；提出将直接法与重原子法、异常衍射法以及同晶型置换法相结合以解决各种相位模糊问题。70年代中至80年代初主持完成"直接法处理晶体结构分析中的赝对称性问题"的研究。80年代中至90年代末主持开展直接法与蛋白质晶体学方法相结合的研究，获得国际上同类研究的最佳试验结果；主持建立多维空间中的直接法，成为最有效的、无需依赖于任何假想模型的、从头求解非公度调制结构和组合结构的方法；与李方华合作建立一种电子显微学的图像处理新方法。 2000年至今，主持针对高产出蛋白质结构测定的方法研究。提出直接法辅助的双空间结构碎片扩展方法，显著地提高了推定蛋白质 SAD（单波长异常衍射）相位以及自动构建结构模型的功效。该方法已纳入范海福及其同事们开发的计算机程序OASIS。范海福于1991年当选为中国科学院院士，2000年当选为第三世界科学院院士。范海福于1987年与同事们一起获得国家自然科学二等奖， 1996年获第三世界科学院物理学奖，2006年获陈嘉庚数理科学奖。与英国皇家学会会员M. M. Woolfson合作专著一部：《Physical and Non-physical Methods of Solving Crystal Structures》，Cambridge University Press，1995。