蛋白质“智造”时代来临 | 活力中国调研行

在上海张江科学城，智造矗立着全球生命科学领域的蛋白代临调研旗舰级大科学装置——国家蛋白质科学研究（上海）设施。盛夏之际，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一步步揭开生命科学的智造未来图景。

图说：国家蛋白质科学研究（上海）设施全景。蛋白代临调研摄影：陶磊

从“碰运气”到“工业化”：蛋白质合成效率实现百倍跃升

提及蛋白质，质时中国公众往往仅将其视为体检报告上的活力指标。然而，智造作为生命活动的蛋白代临调研核心执行者，蛋白质与疾病机制、质时中国人体衰老及健康状态紧密相连。活力尽管科学家已解析了约20至30万种蛋白质结构，智造但这相对于自然界中数以亿计的蛋白代临调研蛋白质家族而言，仍是质时中国沧海一粟。

传统蛋白质研究长期受限于“活细胞代工厂”模式。利用大肠杆菌或酵母表达目标蛋白，不仅周期漫长、限制众多，且筛选过程高度依赖偶然性，整体效率低下。

如今，这一瓶颈正被一台名为 D2Pi-2.0的自动化装置彻底打破。

• 技术突破：这是全球首台基于 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，实现了100%自主知识产权。
• 工作原理：无需活细胞参与，仅需在试管中混合原料与DNA模板，即可像工业流水线般精准产出目标蛋白。
• 产能飞跃：据设施主任吴家睿介绍，该平台单日通量可达万级蛋白样品。过去需耗时数年的工作量，如今仅需一天即可完成。

目前，D2Pi-2.0已完成物理搭建与安装，正处于系统调试的关键冲刺阶段，即将正式投入运行。

图说：AI蛋白质智造联合实验室内部场景。

“干湿结合”闭环：AI赋能蛋白质研究进入加速时代

硬件设施的升级只是第一步，人工智能（AI）的深度介入才是推动蛋白质研究进入新时代的核心引擎。

近年来，以 AlphaFold为代表的AI模型在蛋白质结构预测领域取得颠覆性突破，使科学家能够利用算法在虚拟空间中设计成千上万种自然界不存在的新型蛋白质。然而，吴家睿指出：“若设计仅停留在算法层面，无异于‘纸上谈兵’。”

国家蛋白质科学研究（上海）设施通过构建“干湿结合”的闭环体系，解决了这一痛点：

1. 干实验（AI设计）：利用AI算法预测并设计蛋白质结构。
2. 湿实验（实体验证）：通过自动化设备将AI设计转化为实体蛋白，并利用核磁共振、冷冻电镜等高端仪器进行实验验证。

这种双向驱动模式形成了良性循环：实验数据反哺AI模型，提升其预测精度；AI提出新假设，指导实验方向。值得注意的是，AI模型的训练高度依赖高质量数据。截至目前，该设施中国团队已累计注释审校 PDB（蛋白质结构数据库）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石。

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，设施已服务全国超 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高水平论文。

图说：科研人员正在向核磁共振谱仪装载蛋白质样品。

从实验室到生活：大科学装置如何改变日常？

大科学装置并非遥不可及，其研究成果正加速转化为惠及民生的实际应用。吴家睿分享了两个典型案例：

1. “人造血红蛋白”：突破输血瓶颈

通过无细胞合成技术，科研人员成功制备出人造血红蛋白。
* 优势：不受血型限制，无需繁琐配型，支持工业化连续生产。
* 意义：为急救输血提供了理想解决方案，目前该项目已进入临床研究阶段。

2. “甜蛋白”：重新定义甜味来源

针对代糖食品的健康争议，科研团队利用AI智造合成了一种新型甜蛋白。
* 特性：甜度高达蔗糖的 24万倍，具备零热量、不升血糖、耐高温高压等优异特性。
* 应用：目前已实现量产，并应用于儿童漱口水等日化产品中，在满足口感需求的同时，有效规避糖分摄入风险。

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”，重点在于解析已知蛋白质的结构。
• 未来十年：关键词已转变为“创造”，旨在按需设计、合成自然界不存在的蛋白质，并切实解决人类面临的重大实际问题。

随着“智造”时代的全面到来，蛋白质科学正从基础探索迈向精准创造的新征程。

责任编辑：陈曦 UN984

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