国家蛋白质科学研究（上海）设施目标与设计

上海设施建设的总体目标是：以创新技术集成的大型科学装置和先进仪器设备为基础，以现代信息和网络技术为支撑，形成服务于全国蛋白质结构研究的重大与关键技术设施，跻身于国际上最大的综合性蛋白质结构研究设施之列，成为具有重大国际影响力并作出重大贡献的国家蛋白质结构研究与开发基地。

1.3.1　科学技术目标

根据国际生命科学的发展趋势、我国的蛋白质科学研究现状与需求，以及目前的研究技术基础和条件，要把上海设施建设成为一个国家重大科技的基础研究基地，推动我国的蛋白质结构研究能力实现7个方面的战略转变。

第一，从单个蛋白质结构研究向复合物结构研究转变，使研究能力从个别蛋白质分子的研究转向对生物体和细胞内众多种类蛋白质复合物和蛋白质机器的系统的规模化研究，以便更全面地揭示生命现象和生命活动的复杂性。

第二，从蛋白质定性研究向定量研究转变，使研究能力从描述蛋白质分子的种类和性质，转向注重蛋白质的数量变化和动力学行为，以便进一步推动蛋白质科学的精确化。

第三，从蛋白质结构的静态研究向动态研究转变，使研究能力从对蛋白质分子静态结构的经典描述，转向注重对蛋白质分子组装、修饰和转运的实时研究，以便更深刻地阐明生物体内蛋白质的活动过程。

第四，从离体研究向活体研究转变，使研究能力从孤立地描述单纯蛋白质分子，转向注重阐明蛋白质分子在生物体内的活动，以便更真实地揭示生理与病理活动。

第五，从单一生命科学研究向跨学科交叉研究转变，开展蛋白质科学与数理科学、分析科学、信息科学、计算机科学等非生命学科的交叉融合，促进我国蛋白质科学的新思想、新知识诞生。

第六，从小规模、单一型研究向大规模、复合型研究转变。目前国内普遍存在的是以研究室或研究组的小规模和单一研究技术为主的“包产到户”的研究模式。随着上海设施的建立，将形成基于大规模、复合型研究技术体系的集约化研究中心。(www.xing528.com)

第七，从主要依赖国外技术向自主创新转变，开展关键技术的原始性创新、技术与设备体系的集成创新，以及引进设备升级改造的再创新，推动我国蛋白质科学研究新技术与新方法的确立。

1.3.2　设施建设目标

根据上述科学目标，设施的具体建设目标是：以蛋白质科学发展中的瓶颈问题和共同技术需求为重点，通过各个层次的技术创新，与上海第三代同步辐射光源进行整合及优势技术互补，重点进行5个方面的蛋白质结构研究能力建设。

第一，规模化的蛋白质制备能力。建立和发展规模化的基因表达与蛋白质纯化技术平台，从而对试验样品实现从载体构建、转染、细胞培养、诱导表达，到菌体破碎、产物抽提、蛋白质纯化与结晶等的全过程自动化与精密控制，并实现规模化的抗体制备。

第二，多尺度的结构分析能力。建立和发展从原子、分子到生物大分子复合物、从亚纳米到纳米以及微米尺度等的结构研究平台，从而可以开展对蛋白质单分子元件及其复合物、膜蛋白复合物、蛋白质机器等超大分子复合物乃至细胞器结构等的综合研究。

第三，多层次的动态研究能力。建立和发展包括X射线小角散射、红外光谱学和核磁共振波谱学在内的动态分析技术平台；建立和发展包括单分子技术、纳米技术、示踪技术以及分子标记技术等先进技术在内的分子影像技术平台；建立和发展包括细胞与活体层次在内的蛋白质结构与功能分析研究的技术平台。通过这些平台的技术支持，旨在开展对蛋白质折叠、转运、降解等动态平衡过程，以及对细胞信号转导等活体功能过程中蛋白质时空定位及其相互作用网络的研究。

第四，蛋白质修饰与相互作用的分析能力。建立和发展规模化分离鉴定和高精度、定量化检测蛋白质的研究平台，从而能够开展对细胞内成千上万种蛋白质的翻译后修饰及相互作用等动态行为的规模化定量研究。

第五，数据库与计算分析能力。建立和发展海量实验数据搜集、分析与整合的数据软件系统，形成具有国际先进水平的国家蛋白质科学研究综合数据库；建立和发展高性能的计算与系统生物学技术条件平台。通过这两部分构成一个完整的信息处理与计算中心，从而能够构建复杂生物系统的数学模型，并高效率地进行蛋白质动力学特性、相互作用预测、分子设计、复杂生物系统模拟仿真等的研究。