颜宁：揭开“生命暗物质”的秘要面纱—旧事—科学网

颜宁：揭开“生命暗物质”的颜宁秘要面纱

 

俗称“碳水化合物”的糖质 ，是揭开与核酸（DNA、RNA）、生命纱旧事科蛋白质、暗物脂质一同构成生命的秘面四除夜根本生物除夜分子，也是学网地球上已知生物量最高的生物除夜分子，其次要性不问可知。颜宁可是揭开，因为其过分宏壮、生命纱旧事科窘蹙有效的暗物研究身手，不时以来科学界连它们有哪些、秘面长啥样都不晓得，学网招致糖质研究艰苦重重 、颜宁严重滞后于蛋白质
。揭开

如今 ，生命纱旧事科深圳医学科学院/深圳湾考验考验室/清华除夜学颜宁团队与合作者另辟路途、独霸“酷寻”计策，幻想下场慢慢揭开了这一“生命暗物质”的秘要面纱。

颜宁近照 。深圳医学科学院供图 。

不凡是，在《科学》杂志宣布的最新下场中，颜宁团队掉落踪掉落踪了最高分辨率抵达0.18纳米的天然糖质复合物超高分辨率三维筹划，完成了在原子分辨率的“可视化”研究，翻开了糖质生物学研究的“天眼”。

冷冻电镜分化揭穿金藻管状微绒毛外不雅存在的除夜量宏壮糖质及其近原子分辨率三维筹划。A.金藻外不雅的管状微绒毛。上图：金藻***展示图 ，和其长鞭毛（橙色粗线）外不雅袒护的微绒毛（浅绿色细线）。中图：冷冻电镜拍摄到的管状微绒毛的原始照片。下图：图象末尾措置过的二维分类。B.管状微绒毛的冷冻电镜三维重构图。C.屈就冷冻电镜密度图搭建的微绒毛筹划模型
。D.微绒毛外不雅袒护除夜量宏壮糖质（以红白球展示）。深圳医学科学院供图

糖质 ：熟谙而又目生的“生命暗物质”

“你大年夜大年夜约经常闻声身边的同伙说‘碳水使我欢愉’或‘少吃碳水’，这都声明糖质与我们的糊口彼此存眷 。”颜宁在领受记者采访时说，“糖质不单给我们供给能量
，还在细胞辨认、旗子记号转导、免疫调控和筹划支撑等多种心思过程中阐扬着关头感染 。”

“糖质的分子筹划宏壮，品种单一
。”颜宁说，它既包含单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖等）、双糖（蔗糖、乳糖
、麦芽糖等） 、多糖（淀粉 、糖原等）
、纤维素等伙食纤维，还包含糖肽分子等与多糖耦合的各类生物除夜分子。“我们的研究注解 ，在天然界中另有良多未被人类创作创造甚至想象过的糖质，其下场和感染更有良多未解之谜。”

与蛋白质、核酸一样 ，对糖质的研究可追溯至19世纪
。可是，迄今为止，人类对糖质的体味远不如核酸和蛋白质，称其为“生命暗物质”真实不为过。

“研究滞后的根柢启事之一是糖质研究中存在一个宏除夜的瓶颈——科学家看不清它的内部筹划 。”颜宁诠释说，“在生命科学局限 ，筹划决意下场 。这里的‘筹划’，既包含长宽高外形这些若干很多若干编制，也包含所用的材料等物理化学性质 。就像家里面，不合的筹划、材料决意了这个中心是厨房、阿谁中心是卫生间一样，生物除夜分子的筹划不合 ，所具有的下场和感染也各不不异
。”

为甚么糖质的筹划难以分析？

“一是因为糖质过分宏壮。它们一样往常都由多种多样数量不明的单糖经由过程宏壮的糖苷键化学邻接 ，具有高度柔滑矫捷的‘身材’ ，因为不时窘蹙好的研究琐细，所以畴昔即应用最壮除夜的冷冻电子显微镜也很难‘看清’宏壮糖质的内部构造
。”颜宁陈述记者，此外一个次要启事，DNA
、RNA、蛋白质可以依托模板生成，从基因组序列便可以直接料想出它们的构成，但细胞分化糖质没有模板，招致科学家很难弄了然糖质的要素。

她进一步诠释
：经由过程人类基因组筹算
，人们创作创造了高通量测序技能，可以很随便掉落踪掉落踪某个研究对象的DNA 、RNA序列，而DNA、RNA的序列又与蛋白质序列存在断定的对应相干；此外一方面，几十年的研究也根本成立了蛋白质序列与其三维筹划的绝对切确的对应相干 ，这就是AlphaFold可以料想蛋白筹划的根本 。你给人工智能对象AlphaFold一串氨基酸序列，它便可以料想出个中除夜部分绝对切确的筹划，当然也有良多料想禁尽确的气候
。“但我们研究的糖质良多是压根都不晓得其存在与否的宏壮生物除夜分子，像AlphaFold这类人工智能对象连研究对象都没有，所以压根力所不及。”

颜宁指出，高分辨率筹划信息的经久缺损掉落踪落 ，在很除夜程度上劝止了人类对糖质在多种心思和病理过程中感染机制的深切邃晓  ，招致糖质生物学的展开远远滞后于核酸和蛋白质
。

采取酷寻计策，试探（成立）筹划生物学研究新范式

自2022年归国后
，此前在蛋白质筹划研究局限下场斐然的颜宁 ，最早转向本身的第二沙场——糖质生物学。

可是，面对既不晓得其内部“长甚么样” 、更不知有若干很多若干良多若干很多若干良多若干很多若干未知“新物种”的“生命暗物质”，若何才调找到打破的出口？

颜宁团队另辟路途，创作创作创造性地提出酷寻（CryoSeek）研究计策——“筹划先行”的生物创作创造新范式。

颜宁引见说
，传兼顾划生物学经久屈就“从分子到筹划”的经典研究范式：先断定某个已知其下场的方针分子 ，然后分析它的筹划，进而深切研究它若何阐扬下场。“我们提出的CryoSeek研究计策的中心 
，是把冷冻电镜这一传统的筹划分析对象变成创作创造未知生物除夜分子的‘放除夜镜’：不依托作为先验常识的序列或下场信息 
，直接从天然水体
、气候样品不凡是临床样本和植物构造中提取研究对象 ，经由过程分析高分辨率筹划来创作创造此前未知的生物除夜分子，再据此深切研究它们的心思下场和感染机制 。”

为此，颜宁团队与深圳医学科学院的胡名旭团队合作斥地了高通量的电镜图象措置算法 ，除夜幅汲引了却构分析屈就。可是，跟着CryoSeek计策在多种气候样本中的普及独霸，所分析筹划的数量与宏壮度灵敏添加，传统的数据治理与分化编制已难以适应高通量创作创造的需求
。

为鞭挞数据共享与科研协作，并使CryoSeek计策真正成为处事全球生命科学研究的群众对象，他们又依托深圳医学科学院运转的深圳国度基因库创建了CryoSeek数据库（cryoseek.org.cn） 。

CryoSeek数据平台首页。深圳医学科学院供图

据引见，CryoSeek数据库除具有传统数据库的查阅、检索、上传
、下载下场外 ，还将集成全球社区
、合用对象
 、解释注解操练等多种下场 。

“作为CryoSeek从编制立异走向琐细化、局限化与社区化的次要载体，该数据平台将为糖筹划生物学及相干筹划局限的前沿创作创造供给延续动力 。”颜宁展示
，等待经由过程这一开放平台，与全球科学家合营绘制“生命暗物质”新全国的帆海图。

从创作创造“新物种”到断定“新下场”
，宏壮糖质的“庐山***貌面孔面孔容貌”日渐了然

采取“酷寻”计策
，颜宁团队小试牛刀，于2024年
、2025年在《美国科学院院刊》接踵宣布论文
，报导了在清华除夜学荷塘的水样中创作创造的全新蛋白丝和第一次被揭开面纱的糖纤维TLP-4。

本年4月20日，颜宁团队在《细胞》子刊《细胞—化师长教师物学》宣布的论文中
，又报导了来自不合荷塘水样中此外5 种新型糖纤维——TLP-0、TLP-2 、TLP-3 、TLP-4b、TLP-IPT，分析出的筹划分辨率在 0.3纳米放置，构建了糖纤维从“蛋白质为主”到“无蛋白纯糖”的延续筹划谱系。纯糖纤维TLP-0的创作创造出格令人冲动 ，“这注解，糖类本身就具有构成宏壮 、有序的高阶筹划的身手 ，倾覆了‘蛋白质是生物筹划次要载体’的传统认知 ，为糖生物学（Glycobiology）斥地了新的研究标的方针 。”颜宁说 。

本年4月24日，宣布在《科学》上的最新研究盼看中 ，颜宁团队以年青的博士生黄隽豪为主力 、与清华除夜学闫创业团队合作，掉落踪掉落踪了更令人昂扬的下场：掉落踪掉落踪了集团糖质分辨率约0.2纳米（一根头发丝的40万分之一） 、中心部分最高达0.18纳米的超高分辨率三维电镜密度图，不单了然完成了对天然糖质从化学构成到空间构象的直接不美不美不雅察，提出了“糖质缝合”、“糖质桥”和“糖质岛”等系列新型糖质组装元件  ，创作创造了诸多在糖环上的润饰并声明这些润饰与水分子、金属离子协同辅佐糖质折叠的根本 。

在《科学》宣布的论文截图。深圳医学科学院供图

颜宁陈述记者
 ：“在这项研究中
，我们琐细揭穿了糖质在生物除夜分子初级组装中的筹划性感染，为宏壮糖质及其初级筹划的创作创造 、剖断 、筹算化学 、工程化独霸供给了新的编制学框架，标识表记标帜着糖质筹划生物学正进进原子分辨率分析的新阶段。”

与此同时，由颜宁考验考验室博士后陈晟斥地的AI主动建模对象EModelG ，把糖质筹划建模的功用命传统手动建模的几礼拜汲引到主动建模的半小时。这一对象鞭挞冷冻电镜糖质筹划建模从高度依托人工经验向主动化 、标准化和高通量标的方针展开，为天然糖质的除夜局限筹划研究供给了编制学支撑，并降低了宏壮的专业门槛，可以令不合学术布景的更多研究者有效介入出往。

协同立异，力争早日完成从根本研究到独霸斥地的超出

值得一提的是，在该论文于国际期刊正式宣布之前，颜宁团队延迟几个月将下场悍然宣布在由深圳医学科学院连络深圳湾考验考验室、清华除夜学、西湖除夜学培养汲引的 “浪淘沙”预印本平台（Langtaosha.org.cn），第一时分与国际外同业分享研究的中心创作创造、技能编制与原始数据，以加快鞭挞相干研究。

“浪淘沙”预印本平台网页。深圳医学科学院供图

一花独放不是春 ，百花齐放春满园 。颜宁展示
，与核酸、蛋白质比照 ，糖质生物学的研究仍是“万里长征第一步”
，后面是愈加坦荡宽大年夜大年夜奔放宽除夜广大年夜奔放的星斗除夜海，需求国际外同业连袂戮力 。

根本创作创造将指引独霸前沿 。据悉，颜宁正在与国际相干团队合作，参议多种埋伏的斥地图景 ：找到分化这些糖质的新型生物酶，把这些生物酶变成有效的对象酶，助推分化生物学研究和相干财富展开；斥地分子仿生学新编制 ，试探新型高分子材料的筹划 、分化与独霸；经由过程生物学身手试探愈加高效的固碳新路途，助力量象治理……

“我们希看可以早日解开糖质的折叠暗码。”展看将来，颜宁说
，“等待有一天能像研究蛋白质那样揭穿糖质序列与筹划的对应相干
，并据此筹划具有各类下场的宏壮多糖，深化对生命的邃晓
，并斥地新药研发等财富独霸的新赛道。”

（原问题 ：专访颜宁
 ：揭开“生命暗物质”的秘要面纱）

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