“Biomembranes 2024” 国际会议：聚焦生物膜研究，探索生命奥秘与健康新契机

“Biomembranes 2024” 国际会议聚焦生物膜相关研究。为探究生物膜和膜蛋白在正常及病理过程中的作用，研究人员围绕多个主题展开探讨。会议吸引超 520 人参与，巩固了国际跨学科研究合作，推动生物膜领域发展。

　　在生命科学的宏大版图中，生物膜（biomembranes）宛如一座神秘的宝藏库，蕴藏着无数关于生命奥秘的线索。生物膜不仅是细胞的 “城墙”，将细胞内部与外界环境巧妙分隔，维持细胞内环境的稳定，还在众多生命活动中扮演着至关重要的角色。然而，目前对于生物膜及其关键组成部分 —— 膜蛋白（membrane proteins）在正常生理过程以及病理状态下的作用机制，科学界仍存在诸多未解之谜。例如，在衰老（aging）进程以及年龄相关疾病（age - related diseases），如癌症、神经退行性疾病（像阿尔茨海默病 < Alzheimer’s disease>、帕金森病 < Parkinson’s disease> ）和心血管疾病的发生发展中，生物膜和膜蛋白究竟如何 “推波助澜” 或 “力挽狂澜”，尚未完全明晰。这些未知犹如一道道屏障，阻碍着科学家们深入探索生命本质、攻克重大疾病的脚步。为了突破这些困境，挖掘生物膜背后的秘密，来自俄罗斯莫斯科物理技术学院（National Research University Moscow Institute of Physics and Technology）、中国 iHuman 研究所（iHuman Institute）以及俄罗斯科学院联邦生物技术研究中心（Federal Research Center for Biotechnology of the Russian Academy of Sciences）的研究人员，携手举办了 “Biomembranes 2024” 国际科学会议。
此次会议意义非凡，它犹如一场生物膜研究领域的 “奥林匹克盛会”，汇聚了全球顶尖的科研力量。超过 520 名来自世界各地的科研人员齐聚一堂，共同探讨生物膜研究的前沿话题。会议的成功举办，不仅巩固了国际跨学科的科学合作，也充分展示了俄罗斯研究机构在该领域的卓越科研实力。众多研究成果为生物膜和膜蛋白的研究开辟了新的方向，为未来攻克衰老及相关疾病带来了新的希望。相关研究成果发表在《Biochemistry (Moscow), Supplement Series A: Membrane and Cell Biology》期刊上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。结构生物学方面，借助下一代 X 射线晶体学（Next generation X-ray crystallography）和 X 射线自由电子激光（XFEL）技术，能够解析膜蛋白的精细结构；冷冻电镜（Cryo-EM）技术为观察膜蛋白在接近生理状态下的结构提供了有力手段；小角 X 射线和中子散射（SAXS 和 SANS）则用于研究膜蛋白的低分辨率结构和动态变化。此外，核磁共振（NMR）技术从原子层面揭示膜蛋白的结构 - 动态特性，单分子和超分辨率荧光显微镜技术让研究人员可以在单分子水平上观察膜蛋白的行为。
会议围绕多个主题展开了深入研究。在 “整合膜蛋白结构生物学（Integrative structural biology of membrane proteins）” 主题中，研究人员利用上述结构生物学技术，深入剖析膜蛋白的三维结构，探索其结构与功能之间的紧密联系，为理解膜蛋白在生物膜中的作用机制奠定基础。例如，通过 X 射线晶体学和冷冻电镜技术，成功解析了多种膜蛋白的高分辨率结构，发现其独特的结构特征与特定的生物学功能密切相关。
在 “衰老和年龄相关疾病的分子机制（Current concepts of molecular mechanisms of aging and development of age-related diseases）” 主题下，研究聚焦生物膜和膜蛋白在衰老和疾病进程中的作用。研究发现，生物膜的流动性和膜蛋白的功能变化与衰老密切相关，在神经退行性疾病中，某些膜蛋白的异常表达或功能失调会导致细胞内信号通路紊乱，进而引发神经元死亡和疾病进展。在癌症和心血管疾病方面，生物膜的特性改变以及膜蛋白介导的细胞间通讯异常，在疾病的发生、发展和转移过程中起到关键作用。
“蛋白质设计与工程（Protein design and engineering）” 主题的研究致力于通过理性设计和改造膜蛋白，实现其功能的优化或赋予新的功能。研究人员运用计算机辅助设计等手段，对膜蛋白的氨基酸序列进行精准改造，成功构建出具有特定功能的膜蛋白变体，为开发新型生物材料和治疗策略提供了可能。
“合理药物研发的当前方法（Current methods of rational drug development）” 主题中，研究人员基于对膜蛋白结构和功能的深入了解，探索针对膜蛋白靶点的药物研发新策略。通过虚拟筛选、基于结构的药物设计等方法，筛选出一系列具有潜在活性的化合物，为开发治疗相关疾病的新药提供了先导化合物。
在 “视紫红质与光遗传学（Rhodopsins and optogenetics）” 主题研究中，研究人员利用光遗传学技术，通过操控视紫红质等光敏感蛋白，精确调控细胞的生理活动。这一技术在神经科学研究中取得了显著成果，为深入理解神经元活动和神经系统疾病的发病机制提供了全新的研究工具。
“G 蛋白偶联受体（GPCR）” 主题的研究聚焦于这类重要膜蛋白的结构、功能和信号转导机制。研究揭示了 GPCR 与配体结合的精细结构，以及其激活下游信号通路的分子机制，为开发针对 GPCR 的靶向药物提供了关键信息。
在 “下一代 X 射线晶体学和 X 射线自由电子激光研究（Next generation X-ray crystallography and research using X-ray free-electron lasers (XFEL)）”、“核磁共振解析膜蛋白的结构 - 动态特性（The structural-dynamic properties of membrane proteins elucidated by NMR）”、“小角 X 射线和中子散射（Small-angle X-ray and neutron scattering (SAXS and SANS)）” 以及 “蛋白质冷冻电镜（Protein cryo-electron microscopy (Cryo-EM)）” 等主题中，研究人员不断优化和创新结构生物学技术，提高对膜蛋白结构解析的精度和效率，为深入理解膜蛋白的功能提供了坚实的结构基础。
“先进细胞生物学（Advanced cell biology）” 主题研究关注生物膜在细胞生理活动中的作用，包括细胞的物质运输、信号传递和细胞间通讯等过程。研究发现生物膜的微结构和膜蛋白的分布对细胞的生理功能具有重要影响，为深入理解细胞生物学过程提供了新的视角。
“单分子和超分辨率荧光显微镜（Single molecule and super-resolution fluorescence microscopy）” 主题研究利用单分子和超分辨率成像技术，实现对膜蛋白的单分子水平观察和高分辨率成像。这一技术突破使得研究人员能够实时监测膜蛋白在细胞内的动态行为，揭示其在生理和病理过程中的作用机制。
“计算生物学和生物信息学（Computational biology and bioinformatics）” 主题研究借助计算机模拟和生物信息学分析，对大量的生物膜和膜蛋白数据进行整合和挖掘。通过构建数学模型和算法，预测膜蛋白的结构和功能，为实验研究提供指导和验证。
“生物膜系统和蛋白质的理论生物物理学（Theoretical biophysics of biological membrane systems and proteins）” 主题研究从理论物理的角度出发，运用物理学原理和方法，研究生物膜和膜蛋白的物理性质和行为规律。这一研究方向为理解生物膜的形成、稳定性以及膜蛋白的功能提供了新的理论框架。
综合此次会议的研究成果，研究人员在生物膜和膜蛋白的多个研究方向取得了重要进展。明确了生物膜和膜蛋白在衰老及年龄相关疾病中的关键作用，为开发相关疾病的诊断和治疗方法提供了理论依据；在蛋白质设计与工程、药物研发等领域取得了技术突破，为未来生物医学的发展奠定了坚实基础。此次会议的成果不仅推动了生物膜研究领域的发展，也为全球科研人员在该领域的进一步合作搭建了广阔的平台，有望在未来攻克更多生命科学和健康医学领域的难题，为人类健康事业做出更大贡献。