2011年3月,他获得国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助,成为中国内地第三位获此殊荣者;今年1月,他又荣获“霍华德·休斯首届国际青年科学家奖”。他就是中科院武汉物理与数学研究所博士生导师唐淳,一位埋首生物学,一心想要揭秘蛋白质的动态结构的年轻科学家。
解密蛋白之舞
“我觉得这是一件非常酷的事情!”唐淳介绍说,蛋白质历来是实验室里的“大红人”——生命的诸多活动都离不开它。然而作为生命在分子层次的体现,人们却很难观察和记录它们的运动轨迹。
可是在他眼中认为很酷的东西,确是常人难以理解的。此时,唐淳开始掌握一门重要的武器——核磁共振技术。“和一般研究方法不同的是,我们用核磁共振技术可以分析蛋白质在溶液里的动态结构,而不是静态结构。生命本身就是运动的,在溶液状态,我们能更接近蛋白质自然的生命,”唐淳说。为此,唐淳打开电脑,演示了几个蛋白质的跃动状态。“这些动画其实都是电脑重构的,并不能通过显微镜用肉眼看到,只能靠我们的技术手段,发现它们在时间、空间中的三维结构和运动轨迹,再进行重构”,唐淳说:“像在看她们跳舞”。
正是通过溶液核磁共振技术,唐淳发现了艾滋病毒与一种衣壳蛋白的结构变化密切相关,并“顺藤摸瓜”的发现了一种能够抑制艾滋病毒成熟的小分子化合物。利用这种小分子化合物,制药企业有望研发出治疗艾滋病的新药。
逆向思维
建立核磁新技术
为了揭秘蛋白质跳舞之谜,唐淳通过反向思维,建立和发展了一种核磁新技术——顺磁核磁弛豫增强。“传统观点认为,在核磁共振研究中,应尽量避免顺磁物质对波谱信号的干扰,而我们正是利用这一点,通过加入顺磁探针,根据波谱信号变弱的程度来解析和重构蛋白质的动态结构变化。”唐淳说。
利用这一新方法,他得到了一系列重要发现,包括发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制等。2006年、2007年、2008年,他的研究结果连续发表于Nature等重要学术杂志上。
2008年,唐淳从60多位来自世界各地的核磁共振专家中脱颖而出,应聘成为美国密苏里大学生物化学系终身制(Tenure—Track)助理教授,开始了独立研究之旅。此后,唐淳进一步发展了顺磁弛豫增强(PRE)技术,提出了差比顺磁核磁(DISPRE)技术,这一新方法利用两种不同的顺磁探针提供的PRE观察量的比例关系,来同时得到生物大分子动力学变化的空间和时间尺度。目前,他所发展的顺磁核磁共振方法已经被学术界广泛采用,成为国内外相关核磁共振学习班的必修内容之一。
“HHMI是全球规模最大的非营利性医学研究所,那里云集了数百位美国科学院院士和数十位诺贝尔奖得主。”唐淳充满期待地说,“以后我将有很多和“大牛们”面对面交流的机会,并向自己的‘偶像’迈进。”