人類強大而脆弱 結構生物學是一種什麼樣的存在？

　　2017-10-24 16:25:52　來源: 科學企業家

　　通過對DNA雙螺旋結構的發現，人們逐漸揭開了遺傳之謎，而且隨著對它的結構的進一步研究了解，未來通過DNA進行疾病治療也會逐步實現。這就是結構的重要性！通過結構生物學，可以更好的了解人類自身，對於研究人類起源提供了一個突破口；在疾病方面，可以通過結構進行治療，以前被譽為絕症的疾病不再束手無策。

　　出品|科學企業家

　　來源|清華五道口金融學院-網易科技獨家合作內容

　　《科學企業家》項目的第二模塊課程，由清華大學副校長、著名結構生物學家施一公院士拉開了序幕。圍繞《生命科學發展》的主題施一公院士從宏觀的宇宙到微觀的原子，生命的美學徐徐展開。

　　

　　圖為：施一公院士在科學企業家課堂上

　　延伸 · 觀點

　　小編頂著燒穿腦子的危險（算工傷嗎？），閱讀整理了大量的材料，來幫大家理解以下三個大問題：

　　1、生命科學是個啥？跟大家有什麼關係？

　　2、結構生物學又是個什麼東東？

　　3、結構生物學跟企業家們又有什麼關係呢？

　　20世紀80年代初，就曾經有人預言：「21世紀將是生物學的世紀」

　　從本質上說，生命科學是研究生命現象，揭示生命活動規律和生命本質的科學。

　　它的研究對象可以是生物大分子，如蛋白質和核酸分子，細胞、組織和器官，如植物的根莖葉或人體的內臟器官；也可以是生物個體，如植物、動物、人類等，甚至是生態系統和生物圈。

　　目前人類面臨的一系列重大問題，如人口膨脹、食物短缺、能源危機、環境污染及疾病危害等等，很大程度上將依賴於生命科學和生物技術的進步與發展。「21世紀將是生物學的世紀」這一預言已經在逐步變成現實，生命科學已經發展成為21世紀最活躍的學科之一，成了自然科學的前沿學科。

　　生命科學是一個涵蓋範圍非常寬廣，是既包括微觀也包括宏觀的一門科學。

　　比如艾滋病，一個孩子如果在80年代得了艾滋病，等於判了死刑，現在一個孩子得了艾滋病，如果得到及時的救助，可以健康的活到75歲、80歲沒有問題，完全像正常人一樣。這都是基於生命科學的基礎研究和應用研究。

　　

　　圖為：艾滋病病毒

　　再比如說老年人很擔心自己的血脂高，基於生命科學的基礎研究，一個著名的國際上的製藥公司，開發出來一個新的降血脂的葯，叫利必妥(Lipitor)。它可以幫助中老年人有效地降低血脂，如果血脂不高的話，還可以化解一些斑塊，可以保護心臟。這個葯銷量很大，前年時全球的銷售額達到150億美元，去年過了專利保護期后國內的製藥企業也開始生產銷售這個葯，其中一家的銷售額也達到了50億人民幣，非常可觀。

　　

　　圖為：Lipitor，全球的銷售額達到150億美元

　　無論是從食品健康里的轉基因食品，轉基因動物植物，還是到我們老百姓關心的農業、林業、生態等等都屬於大生命科學的範疇，和家家戶戶每個人都有千絲萬縷的聯繫。

　　結構生物學

　　結構與功能的研究，是生命科學研究的重要主題。

　　結構是物質系統內部的組織形式，功能則是物質系統在與內外環境的相互作用中，所表現出來的特性、行為、效能。結構和功能的關係，總起來講是「結構決定功能，功能反作用於結構」，生命科學的研究經歷了從宏觀到微觀，從器官、組織到細胞、分子水平的研究，研究內容均涉及它們的結構和功能。

　　人類一直在探索世界，但是不管從時間緯度還是從空間緯度，我們對這個世界的認知常常依賴於視覺。而結構生物學的目標，就是把這些分子和細胞內部各種活動的過程呈現在大家眼前。這是我們結構生物學家做的第一件事情。所謂「眼見為實」。

　　舉個栗子：

　　

　　大家都知道的DNA，就是遺傳物質脫氧核糖核酸，是所有生物遺傳的物質基礎，存在於地球上所有生物的所有細胞中，直接決定生物體的遺傳。所以到底是不是親生的，測個DNA唄？

　　

　　通過對DNA雙螺旋結構的發現，人們逐漸揭開了遺傳之謎，而且隨著對它的結構的進一步研究了解，未來通過DNA進行疾病治療也會逐步實現。這就是結構的重要性！

　　通過結構生物學，可以更好的了解人類自身，對於研究人類起源提供了一個突破口；在疾病方面，可以通過結構進行治療，以前被譽為絕症的疾病不再束手無策。翻譯一下就是——

　　延伸 · 觀點

　　人是什麼？

　　就是一堆原子。

　　這是件很神奇的事情。

　　這一堆原子通過化學鍵變成分子，分子通過化學鍵、共價鍵變成大分子，蛋白質、氨基酸，蛋白質由氨基酸構成，核酸由一個一個核苷酸構成，核酸充當我們的遺傳物質，蛋白質充當形成生命的物質，聚集在一起，形成一個細胞，有了基本的生命。

　　細胞再聚集在一起，有組織，多種組織在一起，就組成了器官，再有一層皮膚，加上中樞神經控制，成為了一個人。

　　所以如果通過結構生物學，將人身體的運轉原理、組成結構全部弄明白的話，就像我們打開汽車的引擎蓋子，哪裡有問題修哪裡，對於人類將具有多麼重大的意義。

　　具體點，結構生物學能幹嗎？

　　那麼小編再來給大家舉個栗子：

　　

　　人類一直在和疾病做鬥爭。根據統計，當前人類的死亡原因，影響最大的是心血管疾病，其次是癌症，還有34%是交通事故，還有10%是傳染病。

　　

　　圖為：統計數據，數據來源中國疾控中心

　　除此之外，還有很重要的一類疾病，死的人並不是很多，但是非常痛苦，因為持續的時間長，就是神經退行性疾病。在中國人群中，80歲以上的老人，一半有是神經退行性疾病。說的通俗點就是老年痴呆症——阿爾茲海默症。

　　這個病有多痛苦？

　　美國前總統里根認不出自己的妻子

　　1994年，卸任的里根總統宣布他罹患了阿爾茨海默症。從1994年被確診患上阿爾茨海默症，至2004年6月5日以93歲高齡病逝。

　　英國前首相撒切爾夫人重複問同一個問題

　　2008年9月，撒切爾之女卡羅爾·撒切爾出版《在金魚碗里游泳》一書，詳述了當年83歲的撒切爾夫人自8年前患上嚴重的阿爾茨海默病一事。卡羅爾告訴讀者，撒切爾夫人幾乎無法拼湊出一句完整的話。

　　

　　圖為：正常大腦和阿爾茨海默病患者大腦的對比

　　據統計預測現在目前的中國人80歲以後，50%的人會飽受這種疾病的折磨——神經退行性疾病。

　　科學家們預測到本世紀中期，全世界至少有1.3億人，會得神經退性疾病。而目前的科學根本不了解怎麼發病的，不知道怎麼去治。據網上統計，針對阿爾茲海默症的臨床試驗，在全球範圍內花費不不低於2000億美元，而且還都沒有成功。如果能有針對阿爾茲海默症的葯，將會是一個多麼大的市場。

　　說到這，這個病跟結構生物學、跟施一公院士有啥關係？

　　

　　清華大學著名結構生物學家、中科院院士、清華大學教授施一公研究組在世界上首次揭示了阿爾茨海默症（俗稱老年痴呆症）發病直接相關的人源γ分泌酶複合物的精細三維結構，為理解γ分泌酶複合物的工作機制及阿爾茨海默症的發病機理提供了重要線索。

　　簡單地說，就是在施一公院士的帶領下，我們清華的結構生物學科學家們發現了到底是什麼東西（人源γ分泌酶複合物）導致了老年痴呆症，而且還把這個東西長什麼樣子（精細三維結構）弄得清清楚楚。這意味著接下來要去治療這種目前無葯可治的阿爾茨海默症（俗稱老年痴呆症）就有了一片新天地！這是世界上對阿爾茨海默症的首次重大發現！

　　當然這只是作為基礎研究的結構生物學其中一個應用的地方。每次在結構生物學上有新的研究出來，都對人類自身生命的理解有著巨大的推進作用，同時也會緊隨而來巨大的產業發展機會。這也是為什麼諾貝爾獎如此青睞結構生物學的原因。

　　

　　圖為：諾貝爾獎歷史上與結構生物學相關的獎項統計

　　解碼生命，是一件神奇且偉大的事情。

　　下面的內容很重要，企業家們看過來——

　　生物產業是21世紀創新最為活躍、影響最為深遠的新興產業，是我國戰略性新興產業的主攻方向，為進一步夯實生物產業創新基礎，促進現代生物技術更多惠及民生，著力打造生物經濟新動能，今年1月發改委印發《「十三五」生物產業發展規劃》。生物醫藥行業有望成為下一個「投資風口」。

　　《「十三五」生物產業發展規劃》（以下簡稱「《規劃》」）為我國相關產業的後續發展方向與節奏定下基調。

　　《規劃》提出，到2020年，生物產業規模將達到8萬億~10萬億元，增加值佔GDP比重超過4%，相較於2015年時3.5萬億元的規模實現倍增；具體到醫藥產業，要求到2020年實現工業銷售收入4.5萬億元，增加值佔全國工業增加值的3.6%。

　　據了解，我國生物醫藥產業雖然發展迅速，但仍處於發展早期，生物醫藥公司多屬微小型，融資困難，導致好的項目難以為繼；大型公司沒有新葯研發產業鏈，缺乏經驗和實力；生物醫藥園區尚屬初級階段。

　　記者在採訪中了解到，生物醫藥「十三五」規劃正在制定中。根據規劃，「十三五」期間我國生物醫藥產業將重點發展重大疾病化學藥物、生物技術藥物、新疫苗、新型細胞治療製劑等多個創新藥物品類。

　　相關證券研報認為，《規劃》要求生物產業規模每年複合增速達到20%左右，明顯高於醫藥行業平均增速，在醫藥行業整體進入增速放緩的新常態下，符合創新方向的生物醫藥無疑將成為發展重點。

　　有遠見的企業家，需要早早布局。