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基础生命科学研究如何为人类解决疑难杂症?诺

  近年来,生命科学广泛的与先进技术结合,产生了巨大的生产力。比如在医疗诊断、制药行业,为许多疑难杂症都提供了新的解决途径。

  10月30日,在世界顶尖科学家论坛(上海.滴水湖)生命科学与产业论坛上,几位诺贝奖获得者就各自深耕的领域发表行业洞见,发布生命科学、DNA等人类健康前沿领域的成果,探讨生命科学产业的发展未来。

  迈克尔莱维特 (2013年诺贝尔化学奖获得者):三种智能形态的结合可以解决和改造人类生态体系

  现在有很多对于年轻科学家的资金的支持,似乎正在偏离正确的轨道。目前基础科学家的收入都是拨款,他们仅仅做学术研究。值得注意的是,基础科学家推动了美国的基础研究和发现,但是基础科学家群体的年龄与日俱增。

  所以我们要提出一大问题:青年科学家队伍是否跟得上?因为年轻(46岁以下)基础科学数量变少了,他们获得的一些拨款的支持也在下降,而慢慢老去的科学家他们获得的拨款金额越来越多。我们可以看这个区间,几乎所有的诺贝尔奖的获奖者,他们研究工作几乎在 30-50岁这个年龄段实现的,但对于现在拿到这些拨款的科学家,我觉得已经过了顶峰了。这是一个问题。

  我们观察到对于智能,地球上有三种形态,首先是生物智能,还有人类智能,还有机器智能。对于这三种智能,到目前为止,最高的只能是生物智能。我们应该从生物智能当中有所收获,进行学习。然后应该发挥人类的智能,同时我们也借助了机器智能,我们也是三者结合的话也可以更好的解决地球上所存在的问题。我们希望三者结合,解决变暖的问题、贫困的问题和地球上存在的疾病,也希望通过人类的机器智能的处理,能够把我们的基因进行调整,能够把我们的生态体系都能进行改进。

  库尔特维特里希(2002年诺贝尔化学奖获得者):计算机系统能力的提升带动医疗诊断行业发展

  过去二十年,影像学有很大的进步。布朗教授描述了著名的布朗运动,观察到了相关的一些运动的规律,而之后一些重要的科学家和研究者解决了布朗没有解决的一些问题。比如爱因斯坦把布朗运动进行了进一步的研究,形成了他的重量理论。

  过去三十年,我们在研究如何获得一些更好的影像,我认为它的基础恰恰在于布朗教授和爱因斯坦教授他们重要的成果,比如磁共振成像的质量在医学诊断领域,获得了非常好的应用。所以它也是一个非常重要的经济的市场,医学诊断整个行业价值也达到了数十亿美元。

  1979年的时候,我们开始分析构像反转,于是我们观察到了路氨酸,以及一些环状的结构,来解释这个构像反转的现象。包括去进行一些模拟仿真,模拟分析那一些非常小的蛋白。但当时我们使用的一些计算机的系统,未必那么成熟。在1975年到1985年左右,很多的科学家来解读这个构像反转,解读这个环状的结构如何反转90度,想进一步的分析它的独特的结构。

  但到2010年,由于计算机系统能力的提升,我们可以进行更好的模拟仿真。我们也可以看到,对于我们整个原子的整个蛋白质的结构,能够通过最新的这样子的一个量子计算的能力,来进行属性的绘制。这样整个的模拟仿真结构可以更加的精准。

  巴瑞夏普莱斯(2001年诺贝尔化学奖获得者):观察神经气体穿过血脑屏障

  过去,我们花了二十多年的时间,获得了一些成果。比如包括神经气体如何穿过血脑屏障,以二十多年前日本东京的沙林毒气的袭击事件为例,虽然说被毒气的一些婴幼儿看起来还活着,但其实他们已经死去了。

  对于类似的问题,我们希望能有聚合物发生作用,这样我们就可以观察到气体的情况。比如说一个人不慎吸入沙林毒气,这时候硫、氟相关的反应是非常微秒的,它会慢慢进入血流,接下来尝试进入大脑,然后毒气会进入脑部,在这时候就会出现呼吸窘迫。

  对此,我们进一步的展开了一些分析。我们观察到有一个小的化学结构可以发挥一些作用,包括一些新型细胞,在其中发挥一定的作用,能给把其中的磷释放出来。对于类似的化合物之前是无法进入到脑部的,毕竟人的血脑屏障是非常重要的防护机制,但是它可以穿过血脑屏障进入脑部。这是一种新的气体,是治疗结核的一个药物。

  我们以此化合物为基础,把它放入气体中,可以看到相关的结晶状的二氟化合物。它会展开一些基于化合物产生一些反应。高分子聚合物的聚合物的分散性非常的特殊,所以我们观察到它目前一些聚合化,包括一些冷凝化。这些聚合物有它独特的工作机理,能够实现最优化的热力学的特性。所以这些聚合物会不断的发挥作用。总体来说,形成过程当中,并没有太多的屏障。

  亚利耶瓦谢尔(2013年诺贝尔化学奖获得者):通过建模来更好了解相关生物体系的问题

  细胞的变换形式看起来是非常复杂的,但是可以让人们的计算机在更多的层面上破解整个信息传递的问题,了解到酶在催化过程当中所扮演的角色。但为什么有一些化学反应会那么快呢?当中的酶扮演着怎样的的作用?

  我们用计算机建模,通过量子力学,或者是在一个小的体系下,可以采用量子计算的方法,帮助我们进行建模,来更好的了解分子的运动。而在生物体当中,我们采用不同尺度的模型。首先是液体当中它运动的模拟,这个也是我们通过量子计算的方法,可以更好的了解我们整个延伸率的情况。

  对于最近的模型来说,我们目前在进行更进一步的量化的一个计算,比如了解电荷与电荷之间整个交互的作用。对此,我们整合的静电自由能量的情况,得出相关的公式。

  首先我们要进行一个长时间的模拟。通过这样一个模拟,我们可以模拟牛顿定律,而现在通过量子计算,可以更好的进行布朗运动的模拟ATP整个旋转的过程。我们可以通过这样子一个模型,从结构中了解到ATP水解的情况。比如通过能量图我们就可以知道,ATP的能量释放的时候,它在往前走和往后走的能量分布是有所不同的。

  威廉莫纳(2014年诺贝尔化学奖):单个分子的研究与探测可以多维度应用

  在很早的时候,我们开始对单个的分子来进行更好的研究,当时我还是在IBM工作。我们在超分辨率的情况下,能够显现出单个分子的结构,进行单分子探测,而且把数字资讯能更好的进行保存。在整个低温的固体下进行相关的光谱的演示,希望能把整个低温分子的光学属性能更好的进行保存以及分析。

  过去几十年当中,我们在单分子的探测过程当中,实现了很多的效果,最后可以看到,这个方法现在也可以应用在基因序列的监测,包括蛋白质表标识当中。在室温当中可以看到很多新的现象。在GFP当中,可以看到整个斑点闪烁的情况。除了静态的结构,我们再关注动态的显像,通过3D的技术,可以展示DNA、蛋白动态的一些运动。

  对于青年学生、对于创新和探索,产业转化应用,我想说的是,对于科学基础的一些想法我们进行探索,这样会有助于之后的应用。我们不可能什么都预测到,所以要做好准备。一旦有预想不到的观察,会觉得它是比较奇怪的或者是哪里出了错,往往是这些令你吃惊的东西,会带来不曾有过的发现。比如单分子的这些想法,影响到科学领域。我们在如何超越目前的掣肘,聚合了全世界的才俊,不断的探索,希望未来实现更多更好的发现。

  阿达约纳特(2009年诺贝尔化学奖):我们现在进入了后抗生素时代

  人类社会如何面对未来抗生素耐药性,以及减少和避免抗生素对环境产生的负面影响?通过基础科学不断的投入和深度研究,我们有望让人类生活质量进一步提高。

  大量的核糖体中,数百万计的核糖体集体发挥作用。例如肝脏中,每个细胞有四五百万,细菌细胞有时含有数十以万计的核糖体,它们发挥作用速度非常快,可以在非常短的时间内形成40个肽键。

  核糖体在其中的角色是非常重要的,它们发挥着非常非常基本型的作用。每一个活细胞都扮演着非常关键的角色,消除一些致病性的菌。我们临床所用的抗生素,其中一半的作用机制,使得这些细菌的核糖体瘫痪,达到抗生素的效果。

  我们现在进入了后抗生素时代。 现在全球经济40%的活力,因为抗生素耐药,可能会受到致命的打击。有不同的企业也希望进行研发。但整体来说,就是你投入了巨额的资金,但其实现在开发出新的抗生素的可能性越来越小。我们希望能开发一些新的抗生素,让它们成为可降解的抗生素,具有环保效果。

  我们体内有几百亿计的微生物菌群。其中有一些有益菌对我们健康是有帮助的,所以我们要确保抗生素不会影响到有益菌。另外我们也要分析这些病原体和真核生物真核细胞之间的关系。如何阻止一些疾病细菌,要针对这个病原体有特异性,而不会影响到有益菌。

  我们如今所使用的这些抗生素,其中有一部分无法被消化,也无法生物降解。我们现在所做的一些工作,就是如何抑制生物合成的过程。现在有很多的药物可以从抗原体的结构当中,了解它相关的结构。

  我希望不论是制药公司,还是我的学生、实验室,不仅仅要了解病原体,还要把病原体和抗生素和整个环境的因素都要结合起来,这样就可以对整个的微生物群,对于希望环境来说,可以降低相关的风险和破坏。

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