超级显微镜将解析H7N9病毒 已获上海科技进步奖

2013年04月19日16:01  新闻晚报

  晚报记者 俞陶然 报道

  在张江高科技园区,有一座总占地面积约20万平方米的科研建筑。当你坐上磁浮列车时,可以在沿途看到她优美的身影;如果你在高空俯视她,你会发现其外观像一只鹦鹉螺。她就是“上海光源”,在今天举行的上海科技奖励大会上,“上海光源国家重大科学工程”获上海科技进步奖特等奖,这也是本次大会颁发的唯一一个特等奖。

  上海光源工程副总经理、中科院上海应用物理所所长赵振堂告诉记者,上海光源好似一个超级显微镜,能发出第三代同步辐射光,在这种光的照射下,可以看到各种物质的微观结构。中科院专家已利用上海光源在国际上率先解析了2009甲型H1N1流感病毒蛋白的晶体结构,今年的H7N9禽流感病毒蛋白的结构也有望得到破解,从而为药物研发打下基础。

  一年跑坏10双鞋

  上海光源是由国家发改委、上海市政府、中国科学院共同投资建设的国家重大科学工程,也是上海市“科教兴市”首批重大产业科技攻关项目,由中科院上海应用物理研究所承建。在上海光源工程指挥部总指挥江绵恒的带领下,联合国内科研、设备、设计、制造等300多家单位,协同创新,自主研发突破了近百项关键技术,完成了大规模和复杂的系统集成国家重大科学工程。

  据上海光源工程总经理、首席科学家徐洪杰介绍,所谓“同步辐射”,是由以接近光速在磁场中作曲线运动的电子,改变运动方向时所产生的电磁辐射,其本质与我们日常接触的可见光和X光是一样的,都是电磁辐射。这种辐射是1947年在同步加速器上发现的,所以被命名为“同步辐射”。科学家发现,同步辐射具有常规光源无法比拟的优良性能,如高准直性、高相干性、宽的频谱范围、高光谱亮度和高光子通量。自1947年诞生以来,这种光源经历了三代发展,上海光源属于中能第三代同步辐射光源,是目前国际同步辐射装置发展的主流。

  作为我国迄今为止最大的科学装置,上海光源建设的技术难度可想而知。从1995年开始方案设计以来,上海科研人员不断融合国际上同步辐射光源加速器和光束线站设计的最新成果,使其最终整机性能达到了国际最先进水平。谈到该工程的建设过程,徐洪杰列举了几个数字——10双鞋、56块校正铁、200封邮件。 10双鞋,说的是一名科研人员天天跑工地,一年下来跑坏了10双鞋;56块校正铁,是备着用来校正工艺误差的,但一块也没用上,可见工艺之精;200封电子邮件,是指为了确保某个部件的质量,一名研究人员与一家公司邮件联系,前后共收发了200封邮件。

  有望破解禽流感病毒结构

  “古人云:工欲善其事,必先利其器。对科研人员来说,同步辐射光源就是一件利器。 ”徐洪杰说,“我统计了一下,自X射线问世以来,有19个诺贝尔奖成果是用X射线发现的,其中最后5个成果都是用同步辐射光源发出的X光做出来的。 ”

  自2009年5月对用户开放至今,上海光源运行稳定,已累计执行用户研究课题3614个,涵盖生命科学、材料科学、环境科学等十多个学科领域;用户来自全国278家单位,包括高校、研究所、医院和企业,共计约5500人。利用上海光源,这些用户已发表论文约800篇,其中SCI一区论文161篇,包括Nature、Science、Cell三种国际顶级刊物的论文20篇。

  2010年,中科院微生物所的高福研究组借助上海光源的生物大分子晶体学光束线站,在国际上率先解析了2009甲型H1N1流感病毒的典型毒株血凝素(HA)和神经氨酸酶(NA)的晶体结构。HA和NA是病毒表面的两类囊膜蛋白,研究发现,甲型H1N1流感的HA结构与1918年大流感的HA结构以及抗原位点高度相似,所以推测2009年甲流感HA可被1918年流感患者或病毒携带者的血清中和。该观点解释了年轻人对2009甲流易感,而老年人则有更强的抵抗力这一现象。

  据上海光源工程同步实验分总体负责人何建华透露,国家疾控中心专家制备得到今年H7N9禽流感病毒蛋白的晶体后,将来到上海光源进行结构解析,为相关疫苗、药物的研发打下基础。

  新型催化剂减少PM2.5污染

  上海光源在PM2.5污染的治理上也大有用武之地。复旦大学的唐幸福课题组利用同步辐射光,在抗碱金属脱硝(SCR)催化剂的研究上取得突破。这种催化剂具有强抗碱金属能力,在锅炉燃烧过程中,能把秸秆等生物质转化为热能或电能;同时,燃烧生成的PM2.5会被除尘装置收集起来。这就为农村提供了一种将秸秆变废为宝的环保方案,该催化剂推广应用后,秸秆燃烧就有望摘掉“PM2.5重要来源”这顶帽子。

  如今,上海光源的首批7条光束线站每天都在高效运行。为了让更多科研人员用上同步辐射光,后续光束线站正在加紧建设,目前有8条新的线站正在建设中,其中6条线站预计今年年底建成,明年投入使用。赵振堂表示,上海光源后续建设完成后,用户数量将超过1万人,在科技之光的照射下,中国必将涌现出更多令人振奋的成果。

(原标题:“超级显微镜”破解流感病毒结构)

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