陳子博:用人工設計的蛋白質來從頭編程生命

deeptech深科技 發佈 2020-01-06T08:32:54+00:00

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技評論》公布了 2019 年「35 歲以下科技創新 35 人」(Innovators Under 35 China)中國區榜單。

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技評論》公布了 2019 年「35 歲以下科技創新 35 人」(Innovators Under 35 China)中國區榜單。在本屆榜單上,雖然缺失了「創業家」的身影,但是我們看到了許多在具有產業化潛能的領域堅持科研使命的獲獎人,也看到更多散布在海外頂尖學術機構的科學家們,用自身不改初心的堅持努力,取得了世界級標竿成就的科研成果,其中有超過半數以上的獲獎者,都取得了世界級的突破性研究成果與發現。我們將陸續發出對 35 位獲獎者的獨家專訪,介紹他們的科技創新成果與經驗,以及他們對科技趨勢的理解與判斷。

關於 Innovators Under 35 China 榜單

自 1999 年起,《麻省理工科技評論》每年都會推出「35 歲以下科技創新 35 人」榜單,旨在於全球範圍內評選出被認為最有才華、最具創新精神,以及最有可能改變世界的 35 位年輕技術創新者或企業家,共分為發明家、創業家、遠見者、人文關懷者及先鋒者五類。2017 年,該榜單正式推出中國區評選,遴選中國籍的青年科技創新者。新一屆 2020 年度榜單正在徵集提名與報名,截止時間 2020 年 6 月 30 日。詳情請見文末。

發明家

陳子博憑藉其在蛋白質設計和合成生物學領域取得的一系列成果,榮膺 2019 年《麻省理工科技評論》「35 歲以下科技創新 35 人」中國區得主。

獲獎時年齡:28 歲

獲獎時職位:加州理工學院博士後研究員
獲獎理由:他用人工設計的蛋白質,來從頭編程生命。

眾所周知,蛋白質是一切生命系統的物質基礎,密切參與著從觸發免疫反應到大腦思考的每一個生理過程。如果把基因比作構成生命的配方,那麼蛋白質就是構成生命的材料。沒有蛋白質,也就沒有生命。

分子之間的特定相互作用產生了生命以及我們周圍的世界,對這種相互作用的深入理解為工程師從頭設計生命提供了一種自下而上的方法。蛋白質工程的出現,也使得人們認識和改造自然的能力得到了進一步的提高。

所謂蛋白質設計,就是依賴於對蛋白質結構的精確預測,按照蛋白質結構與功能的關係,綜合運用各學科的技術手段,獲得比天然蛋白質性能更優越的新型蛋白質。與傳統蛋白質設計中的直接修改自然界的蛋白不同,蛋白質的從頭設計是對蛋白質分子的「大改」,還要使之具有特定的空間結構和預期功能,因此也被視為難以實現的世界性難題。

陳子博在博士研究生期間,在蛋白質設計界的泰斗、華盛頓大學 David Baker 博士和 Frank DiMaio 博士的指導下,開始從頭設計可編程且模塊化相互作用的蛋白質。

通過精確地設計蛋白質氫鍵網絡,實現蛋白質之間的結合特異性(達到類似於 DNA中A-T / G-C 鹼基配對的結合特性),陳子博成功地從頭設計並驗證了高度特異性的蛋白質同源和異源二聚體,且都是自然界不曾有過的蛋白質。這是蛋白質設計領域第一次將「蛋白質版本的 DNA 鹼基配對」這種新型相互作用方式應用在人工設計的蛋白質上。

此外,陳子博在博士研究中,還成功把從頭設計的蛋白質自組裝成二維材料,並演示了如何通過優化相互作用介面處的序列,將單個構建塊設計為兩個不同的陣列幾何結構。這項工作在可編程化的智能材料領域具有廣泛的應用前景。

從頭設計的蛋白質有一個非常大的好處,就是科學家們對每一個「零件」都很了解,這也就意味著知道哪些零件如何去優化。通過從頭設計蛋白,進一步到從頭設計生命,每一個零件都知道從哪來,知道它的性能怎樣,知道怎樣去優化,也就可以有更多的選擇來做一些功能改造。

陳子博認為,從頭設計蛋白可以實現很多方面的應用,只是現在還被我們的想像力所限制。比如,在工業領域,對於一個很難發生的化學反應,可以從頭設計一個酶來進行反應催化;在材料領域,可以用從頭設計蛋白來設計一個新材料,實現更多不同的功能;在醫藥領域,可以從頭設計蛋白用作靶向治療,特異性地識別癌症表面的抗原。

在從頭設計蛋白醫學領域的應用中,陳子博認為免疫細胞治療這一領域十分有前景。細胞治療是指將正常或生物工程改造過的人體細胞移植或輸入患者體內,新輸入的細胞可以替代受損細胞、或者具有更強的免疫殺傷功能,從而達到治療疾病的目的。當下十分火熱的 CAR-T 細胞療法,即是改造、擴增癌症患者的T細胞,再回輸體內以實現癌症治療。

陳子博認為,目前體外改造的 T 細胞,在識別病原體或體內異常細胞的過程中,並沒有那麼完美無缺,T 細胞有時還是會將癌細胞當成正常細胞,有時也可能會把體內正常細胞當成異常細胞,從而影響治療效果。目前,陳子博正在嘗試用自己設計的蛋白質,來設計一些新的細胞通路,比如說給細胞加一個新的「CPU」,增加其識別的特異性,從而達到安全並且高效的細胞治療方法。

在接受採訪時,陳子博表示自己的興趣愛好很廣泛,喜歡旅行、無人機航拍和駕駛小型飛機,但對於科研,陳子博表示自己最關鍵的推動力是來自於對真理的渴求,他每天起床去實驗室的動力就是想發現或者製造一些以前不曾有過的東西。

「科學家的使命是讓世界變得更好(make it a better world)。」陳子博說。從「從頭設計蛋白質」,到用這些蛋白質來設計細胞的功能,以實現編程生命,陳子博正在創造出以前不曾有過的、可以造福人類的技術。

我們相信,陳子博的研究成果,將會在合成生物學領域特別是在細胞通路的從頭設計方面,提供一個可編程的、可定製化的工具箱,並會在人類健康、新型材料方面發揮巨大的作用。

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