人类强大而脆弱 结构生物学是一种什么样的存在？

通过对DNA双螺旋结构的发现，人们逐渐揭开了遗传之谜，而且随着对它的结构的进一步研究了解，未来通过DNA进行疾病治疗也会逐步实现。这就是结构的重要性！通过结构生物学，可以更好的了解人类自身，对于研究人类起源提供了一个突破口；在疾病方面，可以通过结构进行治疗，以前被誉为绝症的疾病不再束手无策。

出品|科学企业家

来源|清华五道口金融学院-网易科技独家合作内容

《科学企业家》项目的第二模块课程，由清华大学副校长、著名结构生物学家施一公院士拉开了序幕。围绕《生命科学发展》的主题施一公院士从宏观的宇宙到微观的原子，生命的美学徐徐展开。

图为：施一公院士在科学企业家课堂上

小编顶着烧穿脑子的危险（算工伤吗？），阅读整理了大量的材料，来帮大家理解以下三个大问题：
1、生命科学是个啥？跟大家有什么关系？
2、结构生物学又是个什么东东？
3、结构生物学跟企业家们又有什么关系呢？

20世纪80年代初，就曾经有人预言：“21世纪将是生物学的世纪”

从本质上说，生命科学是研究生命现象，揭示生命活动规律和生命本质的科学。

它的研究对象可以是生物大分子，如蛋白质和核酸分子，细胞、组织和器官，如植物的根茎叶或人体的内脏器官；也可以是生物个体，如植物、动物、人类等，甚至是生态系统和生物圈。

目前人类面临的一系列重大问题，如人口膨胀、食物短缺、能源危机、环境污染及疾病危害等等，很大程度上将依赖于生命科学和生物技术的进步与发展。“21世纪将是生物学的世纪”这一预言已经在逐步变成现实，生命科学已经发展成为21世纪最活跃的学科之一，成了自然科学的前沿学科。

生命科学是一个涵盖范围非常宽广，是既包括微观也包括宏观的一门科学。

比如艾滋病，一个孩子如果在80年代得了艾滋病，等于判了死刑，现在一个孩子得了艾滋病，如果得到及时的救助，可以健康的活到75岁、80岁没有问题，完全像正常人一样。这都是基于生命科学的基础研究和应用研究。

图为：艾滋病病毒

再比如说老年人很担心自己的血脂高，基于生命科学的基础研究，一个著名的国际上的制药公司，开发出来一个新的降血脂的药，叫利必妥(Lipitor)。它可以帮助中老年人有效地降低血脂，如果血脂不高的话，还可以化解一些斑块，可以保护心脏。这个药销量很大，前年时全球的销售额达到150亿美元，去年过了专利保护期后国内的制药企业也开始生产销售这个药，其中一家的销售额也达到了50亿人民币，非常可观。

图为：Lipitor，全球的销售额达到150亿美元

无论是从食品健康里的转基因食品，转基因动物植物，还是到我们老百姓关心的农业、林业、生态等等都属于大生命科学的范畴，和家家户户每个人都有千丝万缕的联系。

结构生物学

结构与功能的研究，是生命科学研究的重要主题。

结构是物质系统内部的组织形式，功能则是物质系统在与内外环境的相互作用中，所表现出来的特性、行为、效能。结构和功能的关系，总起来讲是“结构决定功能，功能反作用于结构”，生命科学的研究经历了从宏观到微观，从器官、组织到细胞、分子水平的研究，研究内容均涉及它们的结构和功能。

人类一直在探索世界，但是不管从时间纬度还是从空间纬度，我们对这个世界的认知常常依赖于视觉。而结构生物学的目标，就是把这些分子和细胞内部各种活动的过程呈现在大家眼前。这是我们结构生物学家做的第一件事情。所谓“眼见为实”。

举个栗子：

大家都知道的DNA，就是遗传物质脱氧核糖核酸，是所有生物遗传的物质基础，存在于地球上所有生物的所有细胞中，直接决定生物体的遗传。所以到底是不是亲生的，测个DNA呗？

通过对DNA双螺旋结构的发现，人们逐渐揭开了遗传之谜，而且随着对它的结构的进一步研究了解，未来通过DNA进行疾病治疗也会逐步实现。这就是结构的重要性！

通过结构生物学，可以更好的了解人类自身，对于研究人类起源提供了一个突破口；在疾病方面，可以通过结构进行治疗，以前被誉为绝症的疾病不再束手无策。翻译一下就是——

人是什么？
就是一堆原子。
这是件很神奇的事情。
这一堆原子通过化学键变成分子，分子通过化学键、共价键变成大分子，蛋白质、氨基酸，蛋白质由氨基酸构成，核酸由一个一个核苷酸构成，核酸充当我们的遗传物质，蛋白质充当形成生命的物质，聚集在一起，形成一个细胞，有了基本的生命。
细胞再聚集在一起，有组织，多种组织在一起，就组成了器官，再有一层皮肤，加上中枢神经控制，成为了一个人。
所以如果通过结构生物学，将人身体的运转原理、组成结构全部弄明白的话，就像我们打开汽车的引擎盖子，哪里有问题修哪里，对于人类将具有多么重大的意义。

具体点，结构生物学能干吗？

那么小编再来给大家举个栗子：

人类一直在和疾病做斗争。根据统计，当前人类的死亡原因，影响最大的是心血管疾病，其次是癌症，还有34%是交通事故，还有10%是传染病。

图为：统计数据，数据来源中国疾控中心

除此之外，还有很重要的一类疾病，死的人并不是很多，但是非常痛苦，因为持续的时间长，就是神经退行性疾病。在中国人群中，80岁以上的老人，一半有是神经退行性疾病。说的通俗点就是老年痴呆症——阿尔兹海默症。

这个病有多痛苦？

美国前总统里根认不出自己的妻子

1994年，卸任的里根总统宣布他罹患了阿尔茨海默症。从1994年被确诊患上阿尔茨海默症，至2004年6月5日以93岁高龄病逝。

英国前首相撒切尔夫人重复问同一个问题

2008年9月，撒切尔之女卡罗尔·撒切尔出版《在金鱼碗里游泳》一书，详述了当年83岁的撒切尔夫人自8年前患上严重的阿尔茨海默病一事。卡罗尔告诉读者，撒切尔夫人几乎无法拼凑出一句完整的话。

图为：正常大脑和阿尔茨海默病患者大脑的对比

据统计预测现在目前的中国人80岁以后，50%的人会饱受这种疾病的折磨——神经退行性疾病。

科学家们预测到本世纪中期，全世界至少有1.3亿人，会得神经退性疾病。而目前的科学根本不了解怎么发病的，不知道怎么去治。据网上统计，针对阿尔兹海默症的临床试验，在全球范围内花费不不低于2000亿美元，而且还都没有成功。如果能有针对阿尔兹海默症的药，将会是一个多么大的市场。

说到这，这个病跟结构生物学、跟施一公院士有啥关系？

清华大学著名结构生物学家、中科院院士、清华大学教授施一公研究组在世界上首次揭示了阿尔茨海默症（俗称老年痴呆症）发病直接相关的人源γ分泌酶复合物的精细三维结构，为理解γ分泌酶复合物的工作机制及阿尔茨海默症的发病机理提供了重要线索。

简单地说，就是在施一公院士的带领下，我们清华的结构生物学科学家们发现了到底是什么东西（人源γ分泌酶复合物）导致了老年痴呆症，而且还把这个东西长什么样子（精细三维结构）弄得清清楚楚。这意味着接下来要去治疗这种目前无药可治的阿尔茨海默症（俗称老年痴呆症）就有了一片新天地！这是世界上对阿尔茨海默症的首次重大发现！

当然这只是作为基础研究的结构生物学其中一个应用的地方。每次在结构生物学上有新的研究出来，都对人类自身生命的理解有着巨大的推进作用，同时也会紧随而来巨大的产业发展机会。这也是为什么诺贝尔奖如此青睐结构生物学的原因。

图为：诺贝尔奖历史上与结构生物学相关的奖项统计

解码生命，是一件神奇且伟大的事情。

下面的内容很重要，企业家们看过来——

生物产业是21世纪创新最为活跃、影响最为深远的新兴产业，是我国战略性新兴产业的主攻方向，为进一步夯实生物产业创新基础，促进现代生物技术更多惠及民生，着力打造生物经济新动能，今年1月发改委印发《“十三五”生物产业发展规划》。生物医药行业有望成为下一个“投资风口”。

《“十三五”生物产业发展规划》（以下简称“《规划》”）为我国相关产业的后续发展方向与节奏定下基调。

《规划》提出，到2020年，生物产业规模将达到8万亿~10万亿元，增加值占GDP比重超过4%，相较于2015年时3.5万亿元的规模实现倍增；具体到医药产业，要求到2020年实现工业销售收入4.5万亿元，增加值占全国工业增加值的3.6%。

据了解，我国生物医药产业虽然发展迅速，但仍处于发展早期，生物医药公司多属微小型，融资困难，导致好的项目难以为继；大型公司没有新药研发产业链，缺乏经验和实力；生物医药园区尚属初级阶段。

记者在采访中了解到，生物医药“十三五”规划正在制定中。根据规划，“十三五”期间我国生物医药产业将重点发展重大疾病化学药物、生物技术药物、新疫苗、新型细胞治疗制剂等多个创新药物品类。

相关证券研报认为，《规划》要求生物产业规模每年复合增速达到20%左右，明显高于医药行业平均增速，在医药行业整体进入增速放缓的新常态下，符合创新方向的生物医药无疑将成为发展重点。

有远见的企业家，需要早早布局。

施一公
施一公（1967-），河南郑州人，中国科学院院士，美国科学院、美国艺术与科学院外籍院士，结构生物学家，长江讲座教授，国家杰出青年基金获得者。2008年，婉拒了美国霍华德休斯医学中心（HHMI）研究员的邀请，全职回到清华大学工作，现任中国科学技术协会第九届全国委员会副主席，清华大学副校长、生命科学与医学研究院院长。
主要运用生化和生物物理的手段研究细胞调亡的分子机制、重要膜蛋白以及细胞内生物大分子机器的结构与功能。在细胞凋亡研究领域系统阐述了哺乳动物、果蝇、线虫三种模式动物细胞凋亡蛋白酶激活、抑制、再激活、及调控的分子机理；在重要的膜蛋白领域解析了人源γ-分泌酶的原子分辨率结构；在分子生物学的“中心法则”方面，解析了超高分辨率的剪接体三维结构，将人们对“中心法则”的了解大幅度向前推进。
曾获舍尔学者基金会颁发的舍尔学者奖(Searle Scholar)及雷拓爱伦基金会颁发的雷拓爱伦学者奖(Rita Allen Scholar)， 获得2003年“鄂文西格青年科学家奖” （The Irving Sigal Young Investigator Award）、2010年国际赛克勒生物物理学奖（The Raymond Beverly Sackler International Prize in Biophysics）、2010年香港求是基金会杰出科学家奖、2010年谈家祯生命科学终身成就奖、2014年度瑞典皇家科学院爱明诺夫奖（GregoriAminoffPrize）。
 
2013年5月入选欧洲分子生物学组织（EMBO）外籍成员、2013年4月25日当选为美国艺术与科学学院院士、4月30日 当选美国国家科学院外籍院士；2013年12月19日当选中国科学院院士。2014年底获“中国医药最高荣誉”的“吴阶平-保罗?杨森医学药学奖”（简称“吴杨奖”）。2015年获年度中国生命科学领域十大进展。获凤凰卫视2015-2016影响世界华人大奖。2016年获何梁何利科学技术成就奖，该奖项为何梁何利最高成就奖。

以上内容编辑自网易科技、赛先生、生物谷、《结构生物学：从原子到生命》、清华大学官网、果壳网、知乎、中国经营报、《“十三五”生物产业发展规划》等。

本文来源：科学企业家 责任编辑：郭浩_NT5629