蛋白质“智造”时代来临 | 活力中国调研行

在上海张江科学城，智造矗立着全球首个生命科学领域的蛋白代临调研综合性大科学装置——国家蛋白质科学研究（上海）设施。盛夏时节，质时中国“活力中国调研行”采访团深入这一科研高地，活力见证精密仪器如何徐徐展开生命科学的智造未来图景。

从“碰运气”到“工业化”：蛋白质制造效率飞跃

提及蛋白质，质时中国大众往往联想到体检报告上的活力指标。然而，智造蛋白质作为生命活动的蛋白代临调研核心执行者，与人类的质时中国疾病、衰老及健康紧密相连。活力尽管自然界中蛋白质种类繁多，智造但科学家目前解析出的蛋白代临调研结构仅约20至30万个，犹如沧海一粟。质时中国

传统蛋白质研究长期受制于低效瓶颈：
* 依赖活细胞：需借助大肠杆菌或酵母等作为“代工厂”。
* 周期漫长：筛选过程充满不确定性，效率低下。

如今，这一局面正被一台名为 D2Pi-2.0的自动化装置彻底改变。

全球首创：100%自主知识产权突破

D2Pi-2.0是全球首台基于D2P无细胞蛋白质合成技术的高通量体外蛋白合成智能制造装置。

• 核心原理：摒弃活细胞，仅需在试管中投入原料与DNA模板，即可像工业流水线般精准产出。
• 产能突破：单日全自动合成上千种蛋白质，平台日通量达万级样品。
• 效率对比：过去需数年完成的工作量，现仅需一天。

目前，该装置已完成物理搭建与安装，处于系统调试关键期，即将正式投入运行。

干湿闭环：AI与实验的深度融合

蛋白质研究的加速，不仅源于硬核装备，更得益于人工智能（AI）的深度介入。

近年来，AlphaFold等AI模型在结构预测领域取得突破，使科学家能在计算机中设计自然界不存在的蛋白质。但正如蛋白质设施主任吴家睿所言：“若设计仅停留在纸面，便是‘纸上谈兵’。”

为此，该设施构建了“干湿结合”的科研闭环：
1. 干实验（AI设计）：利用算法生成海量蛋白质设计方案。
2. 湿实验（实体验证）：通过自动化设备将设计转化为实体，并利用核磁共振、冷冻电镜等高端仪器进行验证。

数据基石：为AI提供“教材”

AI模型的进化离不开高质量数据。AlphaFold等模型的突破，很大程度上依赖于PDB蛋白质结构数据库的长期积累。

• 中国贡献：截至目前，该设施中国团队已累计注释审校PDB数据条目超过11,950个，为全球AI蛋白质研究奠定了坚实的数据基础。

吴家睿将设施比作蛋白质研究的综合型“三甲医院”，依托九大技术系统提供全方位支持。自2015年开放运行以来，已服务全国超2,500个研究团队及150余家产业用户，支撑科研人员在《自然》《科学》《细胞》等顶级期刊发表数千篇论文。

从实验室到生活：大科学装置触手可及

大科学装置并非遥不可及，其成果正悄然改变日常生活。吴家睿分享了两个典型案例：

1. “人造血红蛋白”：急救输血的新希望

• 技术路径：利用无细胞合成技术生产人造血红蛋白。
• 核心优势：不受血型限制，无需繁琐配型，支持工业化连续生产。
• 应用现状：已进入临床研究阶段，对急救输血具有重大意义。

2. “甜蛋白”：零热量代糖新选择

• 技术路径：通过AI智造合成新型甜蛋白。
• 核心优势：甜度高达蔗糖的24万倍，具备零热量、不升血糖、耐高温高压等特性。
• 应用现状：已实现量产，应用于儿童漱口水等日化产品，在满足甜味需求的同时避免糖分摄入风险。

展望：从“认知”走向“创造”

2025年，国家蛋白质科学研究（上海）设施将迎来正式开放的第十年。

• 过去十年：关键词是“认知”，旨在解析蛋白质结构。
• 未来十年：关键词将转变为“创造”，即按需设计、合成自然界不存在的蛋白质，并解决人类面临的实际问题。

蛋白质研究的突破，正以肉眼可见的速度，从实验室走向广阔的应用天地。

责任编辑：刘亚鹏 UN1007

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