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上海光源用户成果入选2019年度“中国十大科技进展新闻”、“中国生命科学十大进展”
时间 : 2020-01-15     

由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办,中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2019年中国十大科技进展新闻111日揭晓。由中国科协生命科学学会联合体成员学会推荐,由以两院院士为主的生命科学、生物技术和临床医学等领域同行专家评选,并经中国科协生命科学学会联合体主席团审核的2019年度中国生命科学十大进展”110日揭晓。上海光源生物大分子晶体学线站用户成果硅藻如何利用其独特结构去高效地捕获、利用光能同时入选“中国十大科技进展新闻”、“中国生命科学十大进展”;“揭示抗结核新药的靶点和作用机制及潜在新药的发现”入选“中国生命科学十大进展”。 

中科院植物所的沈建仁和匡廷云研究团队解析了硅藻的主要捕光天线蛋白高分辨率结构,利用BL17U1线站解析了硅藻的主要捕光天线蛋白(FCP)1.8埃的高分辨率结构。这是硅藻的首个光合膜蛋白结构解析研究,是该研究领域期待已久的结构解析工作。为研究硅藻的光能捕获、利用和光保护机制提供了重要的结构基础。基于该研究,科学家未来有望设计出可以高效捕光的新型作物。 

光合作用是地球上规模最大、最重要的化学反应。光合生物利用太阳能合成有机物,释放出氧气,为人类繁衍和社会发展提供基本的物质基础和能量来源。其中硅藻(Diatoms)贡献了地球上每年约20%的原初生产力——即其吸收二氧化碳的能力占全球生态系统的五分之一左右,比热带雨林的贡献还要高,因此在地球的元素(碳、氮、氧、硅等)循环和气候变化中发挥重要作用。硅藻捕光天线蛋白岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体Fucoxanthin chlorophyll a/c proteinFCP)具有出色的蓝绿光捕获能力和极强的光保护能力,是硅藻细胞快速生长和繁殖的能量基础。然而硅藻光合膜蛋白的结构长期没有得到解析,极大限制了硅藻光合作用的研究。 

研究人员解析了高分辨率的FCP晶体结构,首次描绘了叶绿素c和岩藻黄素在光合膜蛋白中的结合细节,阐明了叶绿素和岩藻黄素在FCP复合体中的空间排布,揭示了叶绿素c和岩藻黄素捕获蓝绿光并高效传递能量的结构基础;首次揭示了FCP二聚体的结合方式,对几十年来硅藻主要捕光天线蛋白聚合状态研究提供了第一个明确的实验证据。这一研究工作为揭示光合作用光反应拓展捕光截面和高效捕获传递光能机理,以及硅藻超强的光保护机制提供了坚实的结构基础;为实现光合作用宽幅捕获和快速传递光能的理论计算提供了可能,为人工模拟光合作用机理提供了新理论依据。也为指导设计新型作物、提高植物的捕光和光保护效率提供了新思路和新策略。

结核病是由结核分枝杆菌感染而引发的一种致命性疾病,在传染性疾病中堪称头号杀手,因此针对结核杆菌的新药靶点研究和新药研发迫在眉睫。膜蛋白MmpL3在分枝杆菌细胞壁合成过程起关键作用,是一个抗结核新药研发的重要靶点。

饶子和院士研究团队利用上海光源晶体学线站(BL17U1BL18U1BL19U1)率先解析了药靶MmpL3药靶-药物复合物的高分辨率晶体结构,揭示了MmpL3的工作机理以及新药SQ109杀死细菌的全新分子机制。研究团队还发现一种减肥药利莫那班也是靶向MmpL3的抑制剂并阐明了其作用机制。该研究首次勾勒了小分子抑制剂如何精确靶向MmpL3及其超家族质子内流通道的三维图像,为新型抗生素的研发、解决全球日趋严重的细菌耐药问题开辟了一条全新途径,也为我国研发具有自主知识产权的抗结核新药奠定了重要的基础。研究设计的抗结核先导药物已申请PCT专利。

 

 

利用上海光源BL17U1线站解析了硅藻的主要捕光天线蛋白(FCP)1.8埃的高分辨率结构   

 

 

 

四种抑制剂精确靶向MmpL3的分子机制