国家蛋白质科学研究设施设计与研制：科学意义与社会效益

上海设施是具有上海光源专用光束线站（“五线六站”，含蛋白质晶体结构分析系统和蛋白质修饰与相互作用分析系统）、电镜分析系统、核磁分析系统、质谱分析系统、规模化蛋白质制备系统、复合激光显微镜系统、分子影像系统和数据库与计算分析系统的国家重大科技基础设施。上海设施是国际一流的蛋白质科学研究支撑体系，也是全球生命科学领域中以各种大型科学仪器和先进技术集成为核心的首个综合性大科学装置，被誉为探索生命奥秘的“国之利器”。

上海设施项目法人为中科院上海生科院，目前其依托法人变更为中科院上海高等研究院。设施位于上海浦东张江高科技园区内，项目总建筑面积约为33 000 m2，在地理位置上分为海科路园区和位于上海同步辐射光源的“五线六站”两个部分。上海设施完成总投资7.56亿元（国家投资5.5亿，上海市相应地投资1.5亿，项目法人单位自筹0.56亿），设施工艺设备总计1 416台／套，建设期3年。上海设施于2010年12月26日正式动工，2014年3月竣工，2015年7月28日通过国家验收。

上海设施是继上海光源之后，第二个落户张江的国家重大科技基础设施。它从正式开放运行以来，所发挥的作用日益凸显。

在《国家创新驱动发展战略纲要》中，明确我国应发展先进有效、安全便捷的健康技术，以应对重大疾病和人口老龄化的挑战；促进生命科学、中西医药、生物工程等多领域的技术融合，提升重大疾病防控、公共卫生、生殖健康等技术保障能力。同时更明确地指出，要建设一批支撑高水平创新的基础设施和平台，研发高端科研仪器设备，提高科研装备的自给水平。上海设施聚焦国家重大战略需求，积极开展生物大分子机器研究中新技术的开发和新装备的设计，努力实现基础研究与技术研发的“协同进化”，在国际竞争中占得先机。

上海设施通过关键技术的自主创新、设备的自主研制、系统的优化等举措，自主研发了国内首套将软件控制、硬件设备和生物应用整合起来的规模化蛋白质制备系统，实现了蛋白质制备全流程的高度集成和流水线作业，居于国际领先地位。

在国内首次成功研制了级联双插入件光束线，自主研制了级联前端区关键设备、红外引出镜等光学部件。蛋白质微晶体光束线采用了创新的束线光学设计，实现了微聚焦光斑尺寸的灵活调节。微聚焦和复合物这2条晶体学线站在国内首次实现了无快门数据收集和数据处理以及结构测定的自动化，提高了线站的使用效率。建成了国内首条基于同步辐射三代光源的小角X射线散射和红外生物专用线站，小角线站配备了自动样品装置、无散射狭缝以及数据自动分析处理程序包，实现了自动上样、数据采集和结果输出。各光束线的技术指标与总体性能均达到国际同类线站的先进水平。

针对核磁系统，成功开发了基于分子片段重组的蛋白质结构解析新方法；针对质谱分析系统，成功开发了非变性方法，可鉴定分子量为700 kDa^[9]的蛋白质复合物；针对电镜系统，实现了无结晶状态下对生物大分子样品的近原子分辨率的观察和结构重建。这些都达到国际领先水平。

“功以才成，业由才广”。上海设施依托上海生科院生化细胞研究所，坚持人才优先发展，着力创造良好环境，聚天下英才而用之。上海设施现有团队成员155人，其中学术带头人16人，包括中组部“千人计划”3人，获国家“杰出青年”科学基金资助者3人，中组部“青年千人计划”5人，中科院“百人计划”和“引进杰出技术人才”6人。(www.xing528.com)

学术带头人作为首席科学家共承担国家科技部重大科学研究计划3项，科研团队承担中科院战略性先导（B类）专项“生物超大分子复合物结构、功能与调控”近1／3的研究任务，形成了一支国际上有竞争力的蛋白质科学研究团队。开放运行以来，上海设施的科研团队依托设施开展相关研究，取得了一系列重要的研究成果，发表在《自然》（Nature）、《科学》（Science）等一系列国际权威学术期刊上。其中代表性的成果包括：揭示MLL家族蛋白质甲基转移酶活性调节的分子机制[4]；发现肿瘤免疫治疗新方法[5]；揭示线粒体Ca2+单向转运蛋白（MCU）的结构机制等[6]。

作为国家级创新基地，上海设施面向国内外用户开放，支撑国家科技创新战略，吸引包括中科院兄弟院所、国内高等院校、国际医药企业等各界200多家单位，以及来自美国、法国、西班牙等欧美各地3 500多人次的优秀科学家，依托设施进行1 300多项重大前沿研发创新课题的研究。

上海设施于2014年5月开放试运行，2015年7月28日通过国家验收，正式面向国内外用户开放。截至2016年6月，上海设施已累计运行超过185 000 h^[10]。设施用户、设施科研团队、设施技术团队均取得一系列重要成果，发表SCI论文70余篇，包括在《自然》《科学》《细胞》（Cell）上发表论文16篇，其中仅2016年上半年就有10篇，研究成果涉及生物化学与分子生物学、结构生物学、细胞生物学、生物物理学、微生物学、药学、化学生物学等生命科学各领域。上海设施对基础研究领域的支撑作用日益凸显。其中有代表性的用户成果包括酵母剪接体分子机制[7]、DNA甲基化机制、埃博拉病毒[8]、光合作用超级复合物结构、细胞焦亡分子机理[9]、HIV病毒包膜刺突三聚体的分子机理等[10]。

上海设施还致力于推进国际学术活动与用户技术培训。截至2016年6月，The Frontier NCPSS Series前沿论坛^[11]成功举办系列国际会议、讲座、用户培训等学术交流活动30余次，参与人员逾2 000人次，逐渐成为高端技术人才的培养及聚集高地。2015年12月1日，高端用户会议在上海设施顺利召开，高端用户计划正式启动，吸引了香港大学，以及来自法国尼斯大学和西班牙国家生物技术中心的高端研究人员来上海设施开展合作研究。上海设施自落户张江以来，积极对接企业的研发需求，带动了辉瑞、诺华、维珍医药、药明康德、美迪西等一批企业的研发中心，在单克隆抗体、转化医学等新药研发和大健康创新上突飞猛进，增强了“张江药谷”^[12]在生物医药研发创新和产业化上的国际竞争力与影响力，带动了张江科学城健康产业集群的发展。

科技创新和科学普及是实现创新发展的两翼。上海设施以提高全民科学素质为己任，深入实施“公民科学素质行动”，把普及科学知识，弘扬科学精神，传播科学思想，倡导科学方法作为义不容辞的责任，积极宣传设施建设进展及开放运行成果，提高设施的社会知名度。2014年5月23日在新建成的海科路园区举行了“媒体开放日”活动，首次正式公开面向媒体亮相。来自中央和上海市的近20家媒体的记者实地进行调研采访，展示了国家级重大科技基础设施的风采。上海设施与上海市科学技术委员会共同策划制作了科普纪录片《看清蛋白质》，面向公众播放，对上海设施进行了多角度、立体式的宣传。

在2015年度，上海设施承办了3场“上海科普大讲坛”系列讲座，吸引了学生和市民约500余人前来聆听，主讲人的精彩讲解得到听众的好评。在历年的“中科院公众科学日”期间，上海设施精心筹备，面向社会公众开展形式多样的科普活动，受到广泛赞誉。在中科院组织的首届“科普微视频创意大赛”中，上海设施作品《进击的“小蛋”》荣获最佳创意三等奖。据不完全统计，大众媒体对上海设施宣传报道160余次，涉及媒体30余家；接待来访300余次，来访人数超过5 000人次。