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仓怀兴:太空中的生命解析

来源:  发布时间:2013-12-27

本刊记者 王涵

  
  在人类角逐太空的过程中,空间生命科学与生物技术研究具有重要战略意义,其中很多问题是发达国家竞相研究的重点,比如太空中有哪些生物存在?如何实现未来能到太空去旅行或定居?太空的微重力环境如何影响构筑生命体的特殊物质——蛋白质分子的识别与组装?以及如何利用太空的特殊环境开发先进生物技术而造福地球人类?
  随着“神舟”号系列飞船相继遨游太空,我国的空间生物技术也得到了快速发展。在参与空间科技研究的科学家中,中国科学院生物物理所交叉科学所重点实验室常务副主任仓怀兴研究员就是其中的一位,近年来他先后主持了国家载人航天工程(921工程)专项、空间“863”专项、“973”计划项目、国家自然科学基金项目以及中科院项目等十余项,在空间蛋白质晶体生长生物技术研究中取得了一系列突破性进展。
  
锐意进取 研究空间蛋白质结晶
  
  我们知道,蛋白质生物大分子既是构筑生命体的结构物质,也是执行生命活动的功能单元,而蛋白质分子这些独特的生物学功能取决于它们特定的三维结构,这种关系被科学家称之为第二遗传密码。据仓怀兴研究员介绍,获得蛋白质分子结构的最有效手段之一是X-射线衍射技术,但是其前提是得到高质量的蛋白质晶体。然而,由于蛋白质分子结构的特殊性,影响蛋白质结晶的因素非常复杂,因此结晶成为科学家解析蛋白质分子结构并进一步研究其功能和应用的首要难题。
  事实上,对于空间蛋白质结晶的研究已有30年的历史,至今始终是最重要的空间生物技术之一,也是当前国际空间站ISS上重要的研究内容。利用ISS、美国的航天飞机、前苏联的“和平号”空间站和飞船、我国的神舟飞船和科学实验卫星等航天器,各国研究人员开展了数百次的空间实验研究,获得了近30种蛋白质、核酸、病毒等的晶体结构。我国在中国科学院生物物理研究所的主持下,累计开展了7次尝试和实验(其中有4次国际合作),在分子组装晶体的机制和实验方法技术等方面取得了创新性的研究成果。
  此过程中,仓怀兴研究员带领课题组团队成员参加了“神舟三号”和“神舟八号”飞船的空间生命科学实验。通过近年来的工作,他系统研究了蛋白质结晶的原理和方法,创新性地研制出一系列适用于空间蛋白质晶体生长的结晶室,提出了针对不同结晶方法的晶体生长优化和调控技术;同时还在国际上首次发现痢疾杆菌磷酸腺苷水解酶晶体在空间分子组装方式改变现象。
  在2011年的“神舟八号”飞船蛋白质结晶实验中,仓怀兴研究员等人利用德国提供的空间生物培养箱Simbox和自主研制的新型结晶室,在飞船上开展了科学实验。空间实验选取国内外14种蛋白质,持续16.5天;同时使用相同结晶室和实验条件在地面开展比对实验。实验中,他们得到了内部质量比地面更好的溶菌酶晶体、衣原体蛋白酶样活化因子晶体以及17β-羟化类固醇脱氢酶复合物晶体,以及分子组装方式发生改变的痢疾杆菌磷酸腺苷水解酶(sf0046)晶体。实验还在国际上首次采用了新型的浸入式毛细管结构结晶室,该结构具有无源和通用的优点,对汽相扩散结晶法具有良好的自然对流抑制效果,增加了液/液扩散法之外的新选择。
  
尽职尽责 投身科研事业
  
  仓怀兴研究员除了在科研中建树颇多之外,在管理工作中也尽职尽责,为中科院和研究所的科研管理工作做出了贡献。2004年至2006年担任人事教育处处长期间,他为研究所知识创新三期工程人事和薪酬政策的制订以及人才队伍建设做出了应有的贡献。2004年10月至2005年10月,他作为中组部和共青团中央组织的第五批“博士服务团”成员赴西藏自治区科技厅任副厅长、党组成员,负责西藏科研事业单位的体制机制改革、重大项目的规划设计,协助管理西藏高原生物研究所等,其中在庆祝西藏自治区成立四十周年庆典活动中负责自治区分配给科技厅的各项后勤保障任务并圆满完成;在承办科技部在拉萨召开的第二次科技援藏工作座谈会时负责会务工作,保证了与会代表的顺利往来、在藏考察活动及其身体健康,使得会议圆满召开。
  2006年至2009年,仓怀兴研究员在担任研究所泰州研发基地行政副主任、中国科学院泰州应用技术研发及产业化中心主任。作为中心第一任主任,他负责筹建了中科院泰州中心,并建立了9个分中心,其中包括研究所的“蛋白质工程研究与开发中心”,还承建了“江苏省生物医药工程技术研究中心”。在科研项目上,他们转移和孵化院里科技项目20余项,其中待转移9项、产业化5项,2008年销售额约3亿元。
  仓怀兴研究员还扎实地推进各项基础工作,多次亲自起草有关文件,下企业、走研究所,部署建设科技成果库和技术需求库。积极创新工作机制,提出“两块牌子一套人马”的建设和运行机制并成功实施;针对泰州企业普遍建有企业研发中心的优势,发展形成以企业技术研发平台为主的泰州特色,已被中科院其他技术转移中心采纳实施;并提出新的用人和自主发展思路。
  在仓怀兴研究员的辛勤付出下,仅用两年的时间,中心就从筹建阶段顺利转入快速发展阶段,各项工作取得显著进展,他的这种舍我其谁的工作干劲得到了地方政府、中科院院地合作局和南京分院的尽职尽着高度评价。目前,泰州中心已成为国家级技术转移区域中心。
  在做好中科院和研究所工作之余,他还力所能及地为母校默默奉献,促成了哈尔滨工业大学与泰州企业共建“军用电子通讯材料工程技术研究中心”,在先进材料器件开发方面达成了产学研合作。
  为推动空间生命科学与生物技术研究实验的标准化和规范化,仓怀兴研究员也积极参与了该领域国标的编制工作。他负责起草了国家标准《空间科学实验生物样品要求》(GB/T 28875-2012),该标准已于2013年2月15日生效实施;负责起草的国家标准《空间科学实验生物样品安装技术规范》将于2013年年底报批。
  一路耕耘,两岸芬芳。如今,仓怀兴研究员依然在空间蛋白质结晶等生物技术研究中贡献着智慧,在科研管理中挥洒着汗水,相信他的付出将为我国太空科研事业带来更好更快的发展!

 

专家简介:
  仓怀兴,中国科学院生物物理所交叉科学所重点实验室常务副主任,中国科学院北京生命科学研究院生命科学仪器技术创新中心副主任。1991年毕业于哈尔滨工业大学,获硕士学位;1995年于西北工业大学获博士学位;1995年至今于中国科学院生物物理研究所工作;2004年起任研究员。主要研究方向有空间生物技术、结构生物学、纳米生物技术、科研仪器设备研制等。在国内外发表学术期刊、会议论文和书籍章节50余篇,申请专利十余项。中国空间科学学会空间生命科学专业委员会和微重力科学专业委员会委员、中国生物物理学会会员、期刊《现代仪器与医疗》编委、研究所第七届、第八届、第九届党委委员。“空间生物大分子组装与应用研究”于2012年获得中国人民解放军科技进步奖二等奖,“空间蛋白质与其它生物大分子晶体生长”于2004年获得中国人民解放军科技进步奖二等奖,“可观测调控的空间蛋白质结晶装置”于2003年获得国防科技成果奖三等奖。2012年获得全国空间科学及其应用标准化技术委员会“优秀空间科学标准化工作者”荣誉称号,2004年获中国科学院载人航天优秀工作者荣誉称号。

 

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