第55期“通海讲堂”暨“学校首届十大学术进展”系列讲座第2场

【通海讲堂】第55期聚焦运用生命活动解析技术探寻生命的色彩

稿件来源:药学院   |作者:陆佳妮、高子珩   |摄影:高子珩   |编辑:亦枫   |浏览量:115

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生命科学领域最前沿的研究方向是什么?解析生命规律提供新方法有哪些?人类疾病的诊疗与药物发现研究方面有哪些颠覆性技术?11月6日下午,我校面向本科生打造的高端学术讲座“通海讲堂”第55期暨“学校首届十大学术进展”系列讲座第2场在奉贤校区图文信息中心通海厅开讲。光遗传学与合成生物学交叉学科研究中心主任杨弋教授受邀作主讲嘉宾,讲座由药学院药物科学系主任刘桂霞主持。校学术委员会秘书长吕遐、校长办公室副主任王海明、校长办公室蒋晓春出席。

杨弋以“生命的色彩”为题,从生物成像技术史、光学成像研究前沿和目前正在从事的研究这三个部分为学生们呈现出一场震撼的生命科学盛宴。

杨弋首先介绍了生物成像的基本历史。“生物检测的最高境界是生物成像”,杨弋指出,生物成像颠覆性方法与诺贝尔奖的联系密切。自1901年伦琴因发现X射线而获得了诺贝尔物理学奖开始,生物成像领域的研究成果先后获得了十多项诺贝尔奖:1906年的神经细胞染色技术、1953年相差成像技术、1979年CT断层成像技术、1986年电子显微镜技术、2003年的磁共振技术、2014年超分辨荧光显微镜技术和2017年冷冻电镜技术等多项技术。在生命科学领域,光与生命现象早已结下了不解之缘。从科学发展观来看,在21世纪,所有的科学技术都将围绕人与人类的发展问题,寻找各自的存在意义与发展面。因此,生物成像从来就是生命科学的热点领域。

生命活动具有极度复杂的时空分布。在生命科学领域首先要做的两件事情,一个是要有孙悟空的“火眼金睛”,即能看到生命的本质是什么;另一个就是要有孙悟空的“金箍棒”,即合适的工具可以实现改变生命来达到治疗疾病的目的。之前传统研究分辨率低、通量低,近代研究是观察性研究,在未来则要能够实现达到更精细的层次,并能对研究对象的多重性质、动态的时空信息进行获取,并实现对生命活动的观察与调控。这就是生命科学的前沿所在。

生物光学成像的难点在于如何产生可识别的分子光学信号。从自然界来看,萤火虫发光是一个常见的生命现象,它属于高强度的生物发光肉眼可以看见。生物发光是一种酶催化的氧化作用,存在于细菌、真菌、昆虫、鱼类等许多有机体中,但是,在高等的动植物中没有发现生物发光。1962年,下村修在一种生活在北冰洋寒冰水域的水母——维多利亚多管水母体内发现并纯化了绿色荧光蛋白。马丁·沙尔菲发现了绿色荧光蛋白的价值,并第一次将这种工具投入实验研究。1994年,华裔科学家钱永健改造了荧光蛋白,使之荧光更强并变色。这3位科学家由此获得了2008年诺贝尔化学奖。从此,荧光蛋白带来了生物技术的新革命,荧光蛋白可以标记任何的蛋白质分子。各种化学探针和生物探针被发明出来以了解细胞各种物质在不同的时间、空间、物种以及生命的调控过程等七维数据。

光遗传学是最新发展起来的前沿学科,是21世纪生命科学领域最引人注目的革新之一。通过结合遗传工程与光来操作,可对特定细胞内的生物活动直接进行时间空间的控制。生物学家长期以来用试管做实验,而现在可以用一束光把一个细胞和计算机连接起来,用计算机控制和接收细胞信号,从而实现单细胞分析,使人类对生命现象的控制程度达到了前所未有的水平。光遗传学的意义在于可以改变生命体系,能够实现自动化、高通量,并通过与物理、化学、计算机、材料、机械等学科进行交叉得到大数据,并通过人工智能进行分析,这将会帮助生命科学研究取得很大的进展。

目前,我校在细胞代谢荧光成像技术方法及其应用上具有强大研究实力,系列原创成果取得了国际同行的广泛关注。代谢是生命的基本特征,是一切生命科学的基础;而细胞是代谢的最小单位也是生命活动的最小单位。几乎所有重大疾病都与代谢相关,如糖尿病、肥胖症、衰老、肿瘤、神经退行性疾病等。因此,代谢科学是国际生命医学科学聚焦的最重要的研究领域。另外,人类通过控制代谢方向,让物质流动到理想的合成的产品,比如微生物药物、化妆品、生物材料、降解污染物等。未来,大量的物质将要由生命科学创造,即通过使用可持续的生物制造替代石油化工,通过合成生物学的途径来实现“绿色地球”的目标。我校五十年代建校时的五个专业有三个专业与细胞代谢研究领域相关:染料专业、制药工程专业、抗生素化工专业。经过长期发展,已经形成了细胞代谢研究的创新群体。我校科研工作者在细胞代谢监控原创工具的基础研究、药物发现与药物生物合成等应用基础研究方向都取得了一系列重要的创新成果。如杨弋教授团队发明的系列核心代谢物遗传编码荧光探针、荧光RNA探针、光控基因表达系统等前沿技术方法可以实现对细胞代谢活动实时、高分辨、多层次的最精密监测与控制,现已被国际同行广泛跟踪应用。这些技术未来有望在代谢机制、药理与药物代谢、新药发现、药物制造、化妆品检测、食品检测、环境检测、药物筛选、医学即时检测等各个方向得到广泛应用。

在互动环节,同学们积极踊跃的提出问题:糖尿病是否在将来可以通过光控的方式实现治愈、“对癌的战争”与“带癌生存”的不同观点的看法等,杨弋分别作出了详细的回答。


发布时间:2020-11-10
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