荧光蛋白试剂照亮未来生物工厂

[2013/5/1]

中国科学院生物物理所非编码核酸重点实验室王江云等人已开始在其他活细胞中进行新的实验，希望作出一批样本。下一步的工作，将是赋予大肠杆菌产氢、固氮的能力，使其成为未来生物工厂的催化剂和发动机。
　　
　　春暖花开，人们纷纷走出户外踏青。然而，在中国科学院生物物理所（以下简称生物物理所），有这样一群科研人员似乎更乐意“猫”在实验室，鼓捣那些瓶瓶罐罐。
　　
　　科研大楼里的设备与平常工作日一样在转动，发出了轻微、柔和的嗡嗡声，实验台前坐着身穿白大褂的研究人员，有的在观察显微镜里的动静，有的拿着塑料器皿倒腾药剂，屋外的美景似乎跟他们毫不相关，他们关心的是那座未来清洁生物工厂。
　　
　　荧光蛋白履新
　　
　　生物物理所非编码核酸重点实验室王江云等人，在大肠杆菌细胞中，实现了具有金属结合能力的非天然氨基酸基因编码，并于不久前发表于德国《应用化学》杂志。
　　
　　“我们希望能改造荧光蛋白，使其成为光合作用的元件。”王江云告诉《中国科学报》记者，现在污染严重，在之前的实验中，他们发现水母荧光蛋白能够吸收和传递光能。如果对其进行改造，赋予其光合作用的能力，就有可能把大肠杆菌变成光合菌，为未来生物工厂提供能源。
　　
　　他们已开始在其他活细胞中进行新的实验，希望作出一批样本。下一步的工作，将是赋予大肠杆菌产氢、固氮的能力，使其成为未来生物工厂的催化剂和发动机。“这是我们的梦想。”
　　
　　目前在国际上也有用荧光蛋白作研究的团队，但王江云等人是第一组用荧光蛋白进行光合作用研究的。王江云认为：“如果研究没有新意，只是重复别人的工作，没有意义，论文也发表不了。”
　　
　　荧光蛋白只有吸收所有光谱，才能提高光合作用的效率。在这次实验中，王江云团队做了绿（sfGFP）、黄（sfYFP）、橙（PsmOrange）、红（eqFP650）4种荧光蛋白的发色团中心，通过编码非天然氨基酸8-羟基喹啉丙氨酸（HqAla），显著扩展了荧光蛋白吸收光谱的范围。
　　
　　不惧失败
　　
　　来到实验室，记者发现参与这项实验的两位博士都在。王江云并没要求学生在节假日里到实验室工作，他们却不约而同地过来了。身材高瘦的李家松，手里正拿着几个白色的器皿。他是论文的第二作者。在这次实验中，他主要负责荧光蛋白晶体的生长和结构的解析。
　　
　　“长晶体需要运气。”李家松说，他曾往大肠杆菌细胞中插入一个结构，发现原来的条件不行，用了1年时间，才发现有氯化铯成分的比较“靠谱”，因为氯化铯能稳定蛋白。他把荧光蛋白提纯后，用计算机模拟其分子结构，解释了其中的现象。
　　
　　“这项实验的成功关键在于敢去尝试。”李家松说，“我这两天呆在实验室，想把偏红的荧光蛋白颜色改变一下，或者让它变得更亮一些。”
　　
　　另一位博士生周庆，是论文的第三作者。他用了3个月时间，在实验室建立的上万个氨基酸突变体材料库中，采用更加环保和廉价的绿色合成方法，终于筛选出了一个高效突变体，合成了本次实验中用的HqAla。
　　
　　“遭遇最多的是失败，没有意志力无法坚持。”周庆对此颇为感慨。
　　
　　自2009年来到实验室开始硕博连读，周庆的主要工作就是筛选。他差不多每天要在96孔板里表达各种突变体，将底物加入裂解液中，点TLC版。这项工作类似于催化反应，需要不断优化温度、pH值、酶等等，否则酶的转化率得不到提高。这篇论文的发表，是他接触科研工作做的第一个课题，很辛苦，也很有收获。
　　
　　清洁工厂圆梦中
　　
　　回到办公室，王江云对记者进一步描绘了他的梦想。
　　
　　“科研人员正在活细胞中发展一系列新反应，包括点击化学反应、氧化还原反应、消除反应、环加成反应、烯复分解反应等，为未来生物工厂的建造提供强大推动力。”他一口气说了诸多专业术语。
　　
　　目前，该课题组已实现在活细胞中增强蛋白质翻译机器的功能，实现了蛋白质药物及酶的定点特异修饰，从而大大优化其催化活力及药学性能。同时，该团队把只能在有机溶剂里进行的一些重要的金属催化反应，引入到蛋白质及活细胞中，充分扩展了生物底盘细胞的化学催化功能。

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