2004年3月18日,《自然》杂志发表了“菠菜主要捕光复合物(LHC-Ⅱ)2.72埃分辨率的晶体结构”,并在封面采用了该晶体的结构彩图。这项成果由中国科学院生物物理研究所研究员常文瑞主持的研究小组,经过近6年的努力完成。
在一次总结成功经验的座谈会上,常文瑞研究员谈到了课题选择的前瞻性、有效合作
的确,作为基础研究经费的重要渠道,国家自然科学基金明确提出支持原创性研究课题,支持科学家根据自己的兴趣自由探索,最少功利性和计划性地给科学家以最大的自由度,这对基础研究非常重要。因此,结合光合膜蛋白晶体结构研究成功的事例,讨论国家自然科学基金如何有效资助创新性基础研究课题,无论是对国家自然科学基金会,还是对每一个接受资助的科研个体和团体来说,都具有重要意义。
创新性:资助的前提
国家自然科学基金规定,项目的评审要把源头创新与研究价值作为重要标准,鼓励科技工作者积极探索,树立敢为人先的意识。
膜蛋白结构与功能及膜蛋白与膜脂相互作用一直是生物化学学科鼓励和重点资助的领域。其中植物光合作用类囊体膜上相关膜蛋白、藻类光合作用捕光色素蛋白复合体的结构与功能研究等都曾得到国家自然科学基金的资助。考虑到结构生物学研究周期长、学科交叉度高以及蛋白质晶体生长困难等因素,1999年基金会从宏观调控经费中划拨了200万元特别经费加强资助结构生物学课题,3年共有8个面上项目得到倾斜经费支持,平均每项30万至40万元不等。经费虽然不多,但对稳定国内为数不多的结构生物学研究队伍,促进实验室的研究工作起了非常重要和及时的作用。
常文瑞研究小组多年从事蛋白质晶体学包括膜蛋白结构与功能研究。从1986年国家自然科学基金设立,就一直不间断地支持该课题组进行研究,先后共资助了7个项目。可以说,该课题组能够在该领域取得今天这样的成果,与国家自然科学基金的资助是分不开的。
挑战性:资助的意义
对植物光合作用捕光色素蛋白复合体的晶体学研究,是国际上公认的难题。其中“植物捕光天线蛋白叶绿素复合物Ⅱ(LHC-Ⅱ)高分辨三维结构”,更是国际上几家高水平实验室竞争激烈的课题。国家自然科学基金一贯鼓励科学家选择这样具有挑战性的原创性课题,并对其给予更多关注和支持。
对于每年就得花掉上百万元的光合膜蛋白晶体结构研究来说,基金能够提供的经费显然非常有限,但由于基金“为自由探索营造宽松环境、鼓励敢为人先”的资助模式真正体现了对科学家的理解和对科学规律的尊重,这对于像“菠菜主要捕光复合物高分辨率的晶体结构”这样的基础研究项目来说,往往成了非常关键的支持,这也是以常文瑞研究小组为代表的基础科研团队所看重的。
2001年,常文瑞研究员的申请项目在同行评议中颇有分歧(多数人认为膜蛋白晶体学研究难度非常大,很难取得重大突破)。二审会上,专家们经过充分讨论后认为,虽然该项研究风险大,但考虑到该科研团队长期得到基金资助,并且曾在膜蛋白晶体生长研究中取得过成功,因此还是值得冒险资助的。
优秀的团队:资助的优势
国家自然科学基金设立18年来,一直非常注意对国内具有良好基础的科研团队的连续资助,这种资助在稳定国内为数不多的基础研究队伍,使其尽可能地在相对优越、宽松的环境下潜心钻研发挥了不容忽视的作用。
以常文瑞为首的课题组不仅拥有优秀的研究生作为课题攻坚的主力军,还拥有鼓励创新、善于调动个人积极性、集中集体智慧和力量的必要素质的课题组织者。他们多年从事蛋白质晶体学研究,在胰岛素晶体结构、藻类光合作用捕光色素蛋白复合体的晶体结构研究方面具有丰厚的学术积累和工作经验。这是本项研究取得重要突破的根本所在。
国际上,膜蛋白晶体学的研究课题都是连续10-15年不间断地获得经费资助。“对常文瑞课题组这样一个取得了突破性进展的优秀团队,相对持续稳定的支持也是非常必要的”,国家自然科学基金委的相关专家们一致认为。
背景链接:光合作用捕光天线光能吸收传递分子机制一直是光合膜蛋白研究的热点。作为植物类囊体膜上含量丰富的捕光复合物,LHC-Ⅱ具有很强的疏水性,分离纯化和结晶非常困难。这样的膜蛋白复合物晶体结构研究是国际上的高难度课题。早在十多年前,中国科学院生物物理研究所梁栋材院士、中国科学院植物研究所已故汤佩松院士就对确立光合膜蛋白研究目标做出了前瞻性决定。最终,中科院生物物理所研究员常文瑞主持的研究小组,经过近6年的努力,于近期完成了这一重要捕光复合物三维结构的测定。中科院植物所匡廷云院士主持的研究小组在LHC-Ⅱ的分离纯化方面做了大量基础性工作。面对中国同行在膜蛋白三维结构研究方面取得的成功,国际学术界不得不承认,在LHC-Ⅱ晶体结构研究方面中国的实验室领先了。