量子生物学不是山寨学科,它真的存在(3)
怎样给蛋白质拍照片?给大家举几个例子,第一个例子跟生命起源有关。
这艘船曾经在电影《泰坦尼克号》中出镜,就是电影中打捞海洋之星的那艘船。
我的合作伙伴用它来打捞海底的一些古菌。
我们知道海底的条件非常严苛,比如有某种热泉,它周围的温度非常高,可以达到100℃以上,压强也比较大。
但是在这样严酷的条件下,仍然有生命体存在,比如鱼、虾、螃蟹。
我们发现这种条件跟生命起源的严苛条件非常接近。
如果研究这种生物是如何生存的,就有利于我们研究生命起源的条件是怎样的。
我的生物学家合作者从这种古菌里面提取出来一种蛋白质,发现这个蛋白质的确能够在高温和高压下存活。
我们把它跟普通的鸡蛋白做了对比,鸡蛋在高温下会被煮熟,这根蓝色的线代表鸡蛋白的活性,过了50℃活性就会下降。
另外一根线代表古菌里面的蛋白质,一直到八九十摄氏度还保持非常高的活性。
生物学家虽然发现了这个现象,但是要拿过来让物理学家从蛋白质动力学的角度来解释为什么会发生这样的现象。
我们做了一系列的中子散射实验,如图所示,这是我当时在美国做实验用的两种不同的谱仪,非常庞大。
下面给大家看一下,我们拍的“电影”是这个样子的(如上图)。
大家是不是很失望?
其实,刚才给大家看的热闹的动画片都是科学家做出来逗你们开心的,真正的科学家做科研看到的是这样的谱线。
这些谱线为我们提供了很多有用的信息,能够帮助我们知道蛋白质在那样短的时间尺度里到底是怎样运动的。
我们必须分析这样复杂的谱线,才会得到一些有用的信息。
比如,我们可以利用这些信息设计一些蛋白质,能够在极端的条件下存活,将来有利于探索生命在地球以外的极端的条件下是否能够存活。
物理学家都喜欢探索极端条件,刚才看到的是极高温和高压的情况,那么低温的生命是怎样的情况呢?
南极有一种鱼可以在低于0℃的条件下存活,上图中,左边的老爷爷是我的一个合作者。
他在60年代第一次发现这种鱼存在抗冻蛋白,可以防止鱼的血液结冰,这个鱼有100多斤,它的蛋白质大概长这个样子。
我对这种蛋白质非常感兴趣,就给他写信说能不能给我提供一些蛋白质,用于中子散射实验。
他给我寄了好几克蛋白质过来。
做生物的人都知道,蛋白质其实是非常贵的,都是按毫克计的,他直接给我寄了那么多蛋白质,我非常感谢他。
然后我就做了一系列中子散射实验,得到了一些有趣的结论。
大家应该都看过小说《三体》,里面有冬眠的情节,其实很多电影里面也有这样的场景。
现在也有很多尝试冷冻人体,但是效果都不是特别好。
其中最大的一个技术难点就是结冰,在冷冻和解冻的过程中,如果结冰了,整个人体就不会复苏。
所以想绕过结冰这个问题是非常难的,如果我们能够解决这个问题,利用抗冻蛋白还是非常令人兴奋的计划。
这是一种纳米材料,我们叫它纳米金刚石。纳米金刚石是直径大概5纳米的球。
在现实中,它看起来就像尘土一样,但是它有一个特性,在医学上面可以用来对药物进行癌症的靶向治疗。
科学家们做靶向治疗肿瘤的小鼠实验,发现没有吃药的和吃了药的小鼠治疗效果都不好,吃了药的效果甚至更差。
这可能是因为,药物不能达到肿瘤的位置,甚至不能进入它的细胞。
但是纳米金刚石有一个特征,它能够把药物吸附在它的表面,帮助药物穿过细胞膜,进入癌症细胞的内部,然后进行靶向治疗。
实验结果显示,临床上看到肿瘤的确小了很多。
物理学家不做医学,我们关注的是:药物被纳米金刚石吸附在表面之后,药性会不会发生变化?
我们用中子散射结合计算机模拟的方法,看这个药物在纳米金刚石表面会发生什么变化。
我们知道,如果仅仅是模拟,很多结果大家都不信的,因为计算机怎样都可以算出来。
文章来源:《中国病原生物学杂志》 网址: http://www.zgbyswxzz.cn/zonghexinwen/2021/0310/496.html