生命科学的研究方法有哪些

生物技术专业属于理学门类、生物科学大类下的六个专业之一，毕业生授予理学学士学位。该专业的毕业生应掌握数学、物理和化学等方面的基础知识，了解生物学、微生物学、分子生物学、基因工程、生物化学、细胞工程及发酵工程等七个方面的基本知识与实验技能，熟悉生物技术及其产品开发的基本方法，毕业生还需要掌握一定的实验设计、数据分析、撰写论文的能力。这个专业的研究生专业有动物学、植物学、微生物学、细胞生物学、生物化学与分子生物学、水生生物学、神经生物学、生物信息学、生理学、生态学、遗传学、发育生物学、生物物理学、环境科学、食品科学、粮食、油脂及植物蛋白工程、发酵工程等18个方向。对很多高考学生及家长来说，只要多了解一下高考志愿填报方面的知识，都会听到及看到生物学属于“生化环材”四大最坑专业之一，很多志愿填报从业人员都在劝大家不要报考这些专业。其实，任何专业对于不喜欢的学生来说，都是坑，关键在于自己是否真的喜欢这个专业，能否全身心投入到对这个专业的学习中去。比如北京大学的古生物学专业，整个系就一个人，号称人数最少、最孤单的一个专业，可是该专业的毕业生出来就业，估计很多计算机类专业的毕业生都会艳羡不已。生物学必将成为未来世界最热门的学科，而计算机专业却不一定能永久热下去。对于这个专业，除了兴趣、投入之外，本科毕业生出来寻找对口就业专业的确比较难，只要不断提升自己的专业度，通过考研、深造来提升自己在该领域的真正实力，才有机会摆脱这个最大的“坑”之魔咒。

2月5日，西北工业大学科研团队的两篇论文《非洲肺鱼基因组为揭示脊椎动物从水生到陆生进化机制提供新启示》《在原始辐鳍鱼中追溯脊椎动物登陆的遗传印迹》，在国际著名学术刊物《细胞》上发表，为揭示脊椎动物从水生到陆生遗传创新基础提供了全新认知，为肺、四肢、脑、心等器官组织的起源和功能研究提供了大量新线索。这是西工大在生命科学基础研究方面取得的重大进展，为陆生脊椎动物（四足动物）起源进化研究树立了新的里程碑。（陕西发布）

内容来源——公众号：科研北斗科研北斗：你的protocol汇总+试剂向导网站类6、Springer Nature Experimentshttps://experiments.springernature.com/该网站主要就是Nature Protocols 、Nature Methods和 Springer Protocols的综合。Springer Nature Experiments7、冷泉港Cold Spring Harbor Protocols（分子生物实验）http://cshprotocols.cshlp.org/《冷泉港Protocols》是一份跨学科的期刊，为细胞、发育和分子生物学、遗传学、生物信息学、蛋白质科学、计算生物学、免疫学、神经科学和成像等领域的研究方法提供了权威的来源。每个月一期详细介绍了多种基本方法——混合了前沿和成熟的技术。所有协议都是最新的，并以一致的、易于遵循的格式表示。部分免费按照材料、试剂、仪器设备、操作方法和步骤、数据采集和分析、讨论以及最后的recipes来一步步描述，清晰明了。冷泉港Cold Spring Harbor Protocols（8、JoVE（视频讲解）https://www.jove.com/JoVE通过制作和发布来自全球顶级实验室的科学实验视频，为推进研究和科学教育提供了终极解决方案。通过允许科学家、教育工作者和学生看到尖端实验的复杂细节，而不是阅读文本文章，JoVE提高了研究的生产率和学生的学习，为他们的机构节省了时间和金钱。这就是为什么今天有1000多所世界顶尖的大学、学院、医院和生物技术公司依靠JoVE来最大限度地提高生产率和效率。JoVE文章包括高质量的视频演示和详细的文本协议，该杂志的范围包括新技术，现有技术的创新应用，以及物理和生命科学的黄金标准协议。南京大学最近两年买了这个数据库且首页显示6月15日之前全部教育视频免费获取。JoVE视频无字幕，但是会有对应的PDF，右边也会有相应时间段对应的内容，还是比较方便理解和应用的。9、Bio-protocolhttps://bio-protocol.org/cn/about.aspx2011年来自斯坦福大学，是奋战在各自学科领域一线的科研工作者创办的一份专精于遴选、发表实验方案，需要同行评审的在线期刊。使命是打造一个开放获取与沟通的平台，分享高品质的实验方案，让生命科学的研究更高效，更具可重复性。Bio-protocol发表从基础到高级，从传统到创新的各种实验方案。所有这些实验方案的有效性，都经过了已发表科研论文的验证。为了避免重复，Bio-protocol不再发表已经详细刊载在其他期刊上的实验方案，也不会重复发表数据库中已有的实验方案。Bio-protocol源自一线的科研工作者，也服务于一线的科研工作者。对研究人员，不收取任何费用——发表无需版面费，使用一律开放获取。分类清晰，中英结合，免费获取。Bio-protocol10、Current protocolshttps://currentprotocols.onlinelibrary.wiley.com/hub/about该protocol网站收集包括近20,000步的技术、程序和实践综述，为研究人员提供可靠、有效的方法，以确保可重复的结果，并为关键的科学发现铺平道路。目前的protocol强调精心策划、高度编辑的方法，包含丰富的细节、实用的建议和故障排除，使研究人员能够以高效的时间和资源推进他们的研究。专辑种类齐全，部分免费。Current protocols11、Trialshttps://trialsjournal.biomedcentral.com/Trials涵盖了健康方面随机对照试验的所有方面的表现和结果。我们发表关于一般试验方法和试验过程研究的文章，以及随机对照试验的研究方案和统计分析计划，评论和传统结果论文——不管结果或结果的重要性。试用版发表的文章是免费永久获取，正版发表的文章需要money。试用版网址：https://www.biomedcentral.com/about/open-accessTrials小程序类丁香试验小程序分类简单但却齐全，易于查找，快捷方便，只是科研课程需要收费，其他基本免费获取。丁香试验小程序更多内容见公众号，精彩内容下期继续。

有时候，科学简直是荒诞之极，但这就是我们热爱的东西！2019怪异的科学研究，你知道几个？用便便制成的刀？ “手形”刀片的示例。“手形”刀片的示例。（图片来源：Eren等）许多学者都熟悉因纽特人的一个奇怪故事，他因暴风雨而被困，用自己的冰冻便便塑造了一把刀，然后用它来宰狗。尽管这个故事在人类学家中很出名，但没有人试图用冰冻的粪便来制造自己的刀片，直到今年，也就是一群研究人员在制造自己的便便刀时大吃一惊。主要研究作者梅汀·埃伦（Metin Eren）采用了八天的“北极饮食”来提供所需的原材料，然后研究小组将其冷冻并成型为带有金属锉刀的刀片。但是，当团队尝试用新刀切成猪皮时，刀片只会在肉上留下棕色条纹。“这个想法是人们用自己的冰冻粪便做成刀的。 —从实验上讲，它不受支持。” Eren告诉Live Science。 吃蝾螈的植物 两只幼小的蝾螈发现自己被困在北部捕虫草的酸性液体盆中，该捕虫草是北美常见的食肉植物。 一项新研究发现，接受调查的植物中大约有五分之一有脊椎动物的味道。（图片来源：Patrick D. Moldowan /阿尔冈金野生动物研究站）食肉的北方捕虫草（Sarracenia purpurea）将不长眼的粗心的昆虫捕获在杯状叶片中，并消化小虫的营养。但是在今年早些时候，一组研究人员在安大略省的阿尔冈金省立公园采样了数百个水生植物，发现其中约20％的植物至少含有一个幼体蝾螈，而许多植物同时捕获了几个两栖动物。蝾螈在酸性液中淹死，饿死或煮熟，一旦死亡，约10天就会分解。研究小组估计，每年草食植物可能会吞噬沼泽中幼小蝾螈的5％。 你的舌头闻起来像鼻子 女人伸出舌头（图片来源：Shutterstock）不，这并不意味着您应该停下来舔一下花朵-但是我们的味觉和嗅觉可能比我们曾经想像的更加纠结。在4月发表的一项研究中，科学家将实验室生长的人类味觉细胞暴露在气味分子中，发现这些细胞对气味的反应与鼻腔中嗅觉细胞的反应相同。当气味分子接触到其中一个味觉细胞时，该化学物质浸入细胞表面的受体中。在体内，气味和受体之间的相互作用通常会触发细胞内部的连锁反应，从而导致其向大脑发出信息。 那意思是不是就说鼻子舌头是一家了呗？吸血鬼树从邻居那里汲取养分 这树桩看起来像是一堵墙。 在土壤下面，但它还活着。（图片来源：Sebastian Leuzinger / iScience）在新西兰森林的深处，一个朴实无华的树桩紧贴着附近针叶树的根部，吸取了他们来之不易的水和养分。科学家在新西兰西奥克兰徒步旅行时偶然发现了这个植物性吸血鬼，因为它们周围有数百棵贝壳杉树-一种针叶树种，可以长到165英尺（50米）高。白天，参天的树木将水从其根部穿入树叶。到了晚上，这些诡异的树桩从邻居的根部抽出剩余的水和养分到自己的树根中。怪异的森林里其实还有很多超自然的现象每天都在发生，只是我们都很忙，忙，忙，都忙！声音如此之大，它会蒸发水 （图片来源：克劳迪·斯坦（Claudiu Stan）/罗格斯大学（Rutgers University）如果科学家在水流中发射微小的X射线激光，它会发出声音吗？哦，是的。今年，研究人员仅使用这种设置就创造了可能是最大的水下声音。装在真空室内的X射线激光脉冲束与稀薄的水射流相撞，瞬间将射流一分为二，并使两侧的流体汽化。压力波从接触点起荡，并发出270分贝的声音，这可能是有史以来最大声了，比火箭发射声还大。如果声音更大点，则可能把水“吵”沸腾到100度，直接饮用即可！饮水机估计以后就省了！黑洞会蒸发吗？著名的理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）曾经预测，黑洞不仅将天体吸入其深度，而且还会向太空发射粒子。他的理论认为，这些粒子会慢慢消耗掉黑洞的质量和能量，最终使黑洞消失为止，但物理学家还没想到如何证明这点。 然而，今年，一组研究人员终于在实验室实验中发现了这种难以捉摸的霍金辐射。该团队从极冷的气体流中创建了“瀑布”，以模拟黑洞，即看不见的边界，没有东西可以越过该边界。注入气体中的量子声波如果插入附近的“水流”中，可能会从瀑布流走，但是瀑布本身中的声波却被无情的电流捕获。可以将逃逸的声波看作是逃避黑洞拉动的光粒子，这表明霍金的理论是正确的。其实我一直都同意霍老头的说法，宇宙本身就是一个巨人，它有自己的组织，细胞和灵魂！相对于我们知道的那点微不足道的可怜的知识，未知才是永恒的无限大！如果把人类的这点能耐比作宇宙中的星体那些所有看的见的东西，那用暗物质来形容人类的未知和无知一点都不为过！

01找基因先到生物信息学网站找到这段基因，下载下来，通过生物信息学分析软件分析，设计配对的引物和酶切位点。把序列发给生物公司，让生物公司合成02扩增这段基因合成的基因是可以用过仪器进行扩增的，加上酶和引物、原料，用自动调温的PCR仪器就可以扩增这段基因了03处理这段基因可以给这段基因加上能够连接到载体的途径，用酶切割一下，修饰一下，这样就能连接上载体了，载体上也用酶切割修饰，正好能和这段基因连接起来了。04连接基因的载体在生物体内克隆如果载体是质粒，就可以放进细菌里，让他复制了，载体质粒带有抗药性，这样用药物就能筛选出接受了质粒作为自己一部分的细菌了。05把克隆后的载体质粒提取出来用试剂分解细菌，把细菌里的成分，用试剂溶解，离心，反复用不同试剂溶解，经过过滤柱吸附，直到纯化出需要的质粒06让基因表达出来把提取得质粒，通过试剂，让它进入细胞里，它就能利用基因里的遗传密码合成蛋白质了，完工。

姜宏老师: 原名：姜桂芹在研究生命科学的不同阶段，曾用名：江雪花、姜红。她家住吉林市龙潭区。四十岁前都是在疾病中度过的，有人称她，姜迷糊，十不全。四十岁的她，在1993年4月29日生命垂危之时，在昏睡状态中做了一个的奇怪的梦，看到了一种非常奇特的光环物体图像。这个物体她从来没有见到过，深深地印在她的脑海里，从此唤醒了她的新生。此后，每天夜里凌晨两点有规律性的强烈电流击打她的右臂，她无法摆脱这种奇特现象长达六个月之久。在这期间她思想负担很重，有恐惧感，承受着常人难以忍受的痛苦和折磨，晚上无法入睡，翻来覆去睡不着，把扫帚、棒子、剪子放在床边，想把击打她的电流赶走，但是毫无作用。夜里她被电流击打的情况没有摆脱，白天心脏部位一反应就要说话，不说心里憋闷，干扰了她的正常生活。她自己不理解自己，为什么会有这种现象？去问别人有没有这种现象，别人都说没有。六个月以后，她身体的特殊现象越来越严重，话语更多了，心里一来反应这种力量控制不了，不是自己大脑反应想说的话。有时她不加思索顺口说出的话就会应验。另外她病好后走路发轻，骨骼变得柔软，从来不会跳舞，随感就能跳起舞来。从来不会唱歌几分钟就能就唱出一首歌。词曲都是从心脏一起反馈出来的。她动作灵活，思维也敏捷了，神态、心灵等各方面都有巨大变化。她心脏反应的这种现象没有摆脱，早晨四五点钟时，又有一种强烈的声音传到耳边把她击醒:“宇宙信号信息与你人体接通了，要和你这位不会写字的家庭妇女搞实验，让你配合研究人类生命之谜，传播人与自然关系的秘密，才能折服人类呀！这是未知领域的无形体生命科学，人类无法用现代的科学仪器去发现研究，因为人是大自然的产物，必须通过人体的体验，感受来摸索配合研究，才能掌握理论线索的证据，其他途径无法攻克。”她开始思考: 怎么办？谁能把我的人体当个重点来研究？谁能解开我人体之谜？谁能帮我解脱身上发生这些奇特现象的困扰？她开始寻找答案。当听人说媒体是百姓的窗口、平台、经常报道、刊登一些奇特现象，她把希望寄托在新闻媒体身上，想把心里话当媒体去讲，让媒体来帮助她。另一方面想找科研部门来研究她，给他们提供线索共同探讨。他们的回答: 你研究的课题太大，目前国内没有研究这项科学的部门，国家还没有立项。她身上发生这种奇特现象，家里人、外人都不理解，反而还嘲笑她，都认为生命科学是科学家研究的，不是老百姓所研究的。开始她也想不开，每当她不想活的那一瞬间，就会有一种声音传到耳边: 你不能死，你还没有完成使命呢！我们宇宙和地球人搞实验多少年了都没有成功，现在和你搞实验，宇宙信息波与你接通，你人体必然有反应，没有反应那就不是搞实验了。她自身发生了奇特的现象，产生了无法摆脱的困扰。宇宙信息逐步的开导、引发她、用人类现代科技做比较: 人研究电脑网络，我们给你传播信息时靠人体与宇宙空间的网络。你们人类研究电脑是通过无线电波传导，谁看见了？但在电视屏幕上能看到图像，这是人研究的。我们宇宙跟你们人类提供信息，提供宇宙自然空间存在的无形体超高级生命与地球上骨肉体结合的证据。地球上有人类，无形体超高级生命（灵魂）就进入了人体，24小时主宰、支配、控制人体细胞活动工作，他的智慧给人类创造了无限的价值，人类却不了解。为什么人类不知道自身的秘密呢？因为自身的秘密是自然形成的，无人来揭开这个谜，她从不了解，到了解，到认可、接受，宇宙信息费了不少功夫给她讲解，在她人体多次搞试验，她才接纳了这个任务。她知道宇宙信息和她搞实验的重要性，自己有责任来完成宇宙信息给她的使命。她的思想境界也逐步提高了，知道这项科学是人类历史的空白，她抓住了这个空白点，认识到了这项科学对人类的科技进步、社会发展和生存健康都有重要的价值意义，是引领人类向未知领域科学拓展的导航。宇宙反馈信息指导她说: 我们和你们地球人搞实验，必须有两个实验人，才能证实宇宙信息的准确性。我们宇宙不和地球人搞实验，你们地球人便无法找到人与自然密切关系的证据线索和答案，只能由宇宙信息与地球人配合研究，才能攻克这项无形体生命科学和无形轨道的秘密，这是一项无形网络系统工程的项目。必须由地球上的一个最高层的人和一个最底层的人搞这场实验，让两个文化等各方面高低不同的人，在人体反馈、吻合信息证据。他们具有同样的人体特殊现象，反应、感受的证据。因为人体内在有无形体超高级生命“波”（老百姓说的灵魂）来源于宇宙空间，我们宇宙不给人类提供这个线索证据，地球人还得等几个世纪才能攻克呀？人类思想要开拓，科技要进步，首先要了解自身这部机器形成的秘密，人类科技才能达到平衡，社会才能和谐地向前发展。她通过自身无法摆脱的自然奇特现象的困扰，一点一点的去摸索、一次一次地体验、一步一步的研究，发现了未知领域的无形体科学，才走上生命科学的探索之路。在此期间她曾经六次进京，每一次都是常人无法面对的，每一次都是常人无法抉择的。1996年12月24日第一次上北京，正赶上大孩子先天心脏病住院，临走时孩子要瓶罐头她都没给买，拿着别人给她凑的300多元钱，带上咸菜和十个大馒头，就踏上了去北京的火车。北京之行没有结果，回来的路上她心如刀绞的想: 我为什么有使命啊？这么难，我怎么办？我不想活在世上了，想趴火车道，突然一种声音传到耳边说: 你不能死，你还没有完成任务，我们宇宙信息跟你沟通多不容易呀！你要活下来！ 回家后，孩子就不能吃东西了，不久离开了人世，成为她做母亲的终生最大的遗憾，她的精神受了巨大的打击。 1998年8月13日她又第二次进京，因为宇宙信息给她两项任务，一项是研究无形体科学，揭示人类生命根源之谜，一项是有形体科学，让她研究千里以外素不相识的两位特殊人物人体超前思维之谜，一位是中国科学家钱学森教授，另一位是中功创始人张先生。虽然这项无形体科学没有定论，但是得以确认的是张先生和钱学森两个实验人真实存在，这才引起她本人的重视，开始配合宇宙信息研究这两项科学！在宇宙信息指导下，她逐步进行未知领域生命科学理论研究与实践探索。她从开始的不理解，逐渐意识得到了这项生命科学的重要性，逐渐认识到了这是关乎人类生死存亡的真理性大课题。于是她不畏艰难险阻，抛家舍业，排除干扰，坚定信心，生死置之度外，以超人的毅力和顽强的精神开始探索宇宙空间奥秘，破译人体生命之谜，毅然扛起: “中国21世纪突破人类生命科学的大旗”并于2000年写下了激昂悲壮的遗书，以示自己完成使命的坚定决心。2000年她和靳文华第三次去北京，正赶上女儿要生孩子。又是一次难以面对的抉择，为了这项科学，还是决定进京。在北京半个月，她多么想把掌握科学线索的理论证据交给国家！可是无法找到接纳的科研部门。幸好在中国科学院自然科学史研究所门口碰到了好心人周先生，他帮助她们联系有关部门，但最后还没有找到接纳的部门，只好回家。2002年，姜宏女士再次带领科研人员进京报送生命科学理论，又无果而归。2004年4月12日，刘风云一行三人代表她第四次去北京，到中央电视台《焦点访谈》窗口把有关资料递交给接待人员；又到中央10频道把材料交给有关接待人员；又到过中国科学技术部，中国科学院、社会科学院等；还去了上海生命科学研究院、中科院上海科技咨询中心、上海大世界吉尼斯总部。吉尼斯总部的回函是: “你们研究的课题太专业、太特殊，目前国家还没有这方面的内容，等你们鉴定后再来找我们……”2006年她带着学生们先后又两次去北京，在北京朋友的帮助下，把有关资料送到新闻媒体，但是没有回音。为继续寻找科研部门报送科学理论，住在北京长达两个月之久。虽然六次进京没有达到预期目标，但让姜宏女士更加意识到研究发展这项未知领域生命科学的重要性与创新性，也更加坚定了她传播生命科学大道之理的信念，同时也历练了她的科研团队。2006年，姜宏女士在宇宙信息指导下创编了一套新世纪全民健身操，在传播过程中产生了奇特的效果，为广大群众带来了福音，2007年4月她将健身操带进北京，并在北京平谷玻璃台建立基地。艰苦创业，以农养科，以商养科，坚实地走上了一条自力更生，自主发展的生命科学实业之路。2008年，在唐山迁西建立基地，进一步研究发展生命科学，传播新世纪全民健身操，得到了当地政府及广大群众的大力支持。2009年姜宏女士继续拓展北京玻璃台的研发工作，为生命科学发展奠定了坚实的基础。2010年5月8日，姜宏女士她的生命科学经济实体在北京玻璃台隆重开业。她带科研团队在日已完善的实体发展基础上，扩大经营规模，经济实体包括农作物生产基地、农家院、怡康园、超市等一系列生产服务项目。为生命科学研究提供了可靠的物质保障和实验证据。同时也为繁荣地方经济做出了应有贡献。姜宏女士研究的生命科学理论，进行了广泛深入的实践，得到了来自全国各地朋友的热情支持和崇高赞誉。姜宏女士历经磨难二十年，通过自身特殊体验、感受、探索研究未知领域的自然科学、生命科学、人体及思维科学，配合宇宙信息研究攻克的无形体超高级生命科学，用血泪与汗水为人类浇灌出令世界瞩目的丰硕的科研成果。目前，生命科学理论日益完备，科学实践日益丰富，科研团队日益成熟，发展脚步日益稳健。多年以来，接触姜宏女士的许多人，都在身心两方面发生了神奇的变化，有的人疾病奇迹般地痊愈，有的人有时也能接到宇宙信息，有的人在灵感状态下写出禅理深刻的诗文，自然创编的歌随感而唱。她们该走的地方都走了，在没有办法的情况下，2004年以来，在宇宙信息指导下，上网发布了信息，使她意想不到的是，她的理论内容得到全国各地百姓的认可。百姓纷纷来了解学习科学，他们受益了，给她以大力支持，让她更有信心把这项未知领域的尖端科学推向世界，从根本上彻底消灭战争，消灭核武器，维护世界和平，实现世界和谐。同时推广运用到百姓自身实际之中，造福社会，造福人类，真正实现人自身两个生命体的和谐，人与人的和谐，人与社会的和谐，人与自然的和谐，引导人类进入天地人合一的美好境界，最终实现人类身心的彻底解放，实现人类未来的超时空发展。姜宏老师生命科学团队整理

还未毕业就有论文登上顶级期刊是什么体验？5月25日上午，第十二届北京生命科学研究生论坛在京举行。来自中国科学院京区生命科学领域七所一院、北京大学、清华大学和北京生命科学研究所的尖子生聚集一堂，就自己参与的登顶权威期刊的研究进行经验交流。中科院院士、中科院北京生命科学研究院院长康乐在活动开幕致辞时对16名报告分享者取得的成果给予了肯定。他表示，研究发表在《自然》、《科学》、《细胞》、《美国科学院院刊》等期刊上，代表了生命科学领域的最高水平。康乐还勉励在座有志于从事科研工作的学生，研究生期间应把目光放长远，有意识地训练自己适应高强度的科研工作节奏，为取得研究突破打好基础。借发言人分享的研究经历，可一窥目前生命科学领域的重磅成果。2019年5月，中科院院士、中科院微生物所研究员高福课题组在《细胞》刊文，揭示了基孔肯雅病毒的入侵机制。活动中，该课题组成员赵振楠与听众分享了病毒—受体结合新模式的探索过程。当研究层面聚焦到微观世界，研究者可捕捉到植物进化机制中的更多奥秘。中科院植物所研究员郭亚龙课题组博士生牛小敏介绍了团队在今年3月于《美国科学院院刊》发表的研究。即便物种的遗传多样性很低，在转座子大量扩增的情况下也可快速产生遗传变异适应新环境。无论研究对象是植物、动物还是人类，找出通用应用技术的不足并进行优化，对整个生命科学领域都颇为重要。今年3月，中科院神经科学研究所研究员杨辉课题组与中科院遗传发育所研究员高彩霞课题组在《科学》上刊发背靠背文章，用不同方法指出单碱基编辑系统在不同物种中存在脱靶效应。高彩霞课题组博士生靳帅在报告中展示了课题组探究单碱基编辑系统脱靶效应的详细过程，并就课题组今后研究方向等问题与在座听众进行交流。本次论坛由中科院北京生命科学研究院研究生联合会主办、中科院微生物研究所研究生会承办。（任芳言）来源：科学网

清华“魔镜”为中国生命科学赢得宝贵先机助力我国蛋白质结构研究的清华大学冷冻电镜平台，扬优势也在补短板生命离不开蛋白质。从调节生理功能的激素、参加营养代谢的酶，到输送氧气的血红蛋白、抵抗疾病的抗体，都是以蛋白质作为基本材料。如何使用和发展先进的技术手段来观测这些纳米级别的小小世界，一直是科学界聚焦的前沿领域。2011年，中国开始筹建国家蛋白质科学研究设施，清华大学作为该设施的一个重要基地，在过去十年里建成了世界上最大的冷冻电子显微镜（以下简称“冷冻电镜”）平台。借助这一优势，中国科学家在蛋白质结构研究领域取得了很多举世瞩目的成就。比如，施一公团队对细胞核内负责遗传的剪接体进行了一系列研究，成果连续登上国际顶级期刊；隋森芳院士团队将植物捕获光能的蛋白质复合体的重要结构解析出来；杨茂君团队对线粒体呼吸链复合物的三维重构为研究呼吸作用提供了新视角。“人体里有几十万种不同的蛋白质、核酸以及它们所形成的复合体，它们就像一台台很小的分子机器。如果能够搞清楚它们由哪些零件组成，以及这些零件如何装配，对于理解分子机器本身怎样工作，以及如何维修故障机器，都有重要意义。”清华冷冻电镜平台主要建设者、清华大学生命科学学院院长王宏伟说。尽管冷冻电镜现在已成为蛋白质研究的主流手段，但在本世纪头十年里还是一门不被完全看好的小众技术。正是在这一时期，清华决定起步建设冷冻电镜平台，为中国生命科学的发展赢得了宝贵先机。“现在看来，这是一个非常重要的决定，对于过去十年我国在冷冻电子显微学这个领域处于世界上较为领先的地位，发挥了十分重要的作用。”王宏伟说。冷冻住生命的奥秘上世纪三十年代，世界上第一台电子显微镜问世，科学家自此可以观察到细胞内部结构。然而，在观察蛋白质大分子等天然状态的生物样本时，电子显微镜却无能为力。王宏伟解释说，生物样品含水，但电子显微镜内部一般为高真空状态，生物样品放置其中，水分会很快蒸发，其天然结构就会随之发生变化。“这就好比我们观察木乃伊，看到的并不是人体的天然状态。”上世纪七八十年代，科学家逐渐发展出冷冻电镜技术，但离成熟应用还有很大差距。结构生物学家更多使用X射线晶体学，但很多复杂大分子物质难以获得晶体，可借助这种方法进行精细结构分析的生物样品相对较少。过去十几年，冷冻电镜技术不断进步，犹如向厚重的生命迷雾投下了一束光，其“近原子级别”的分辨率让承担生命活动的蛋白质逐渐从“黑匣”中露出真容。秘诀就在“冷冻”二字。“我们把生物大分子溶液滴在直径只有3至4毫米的金属载网上，形成一层非常薄的水膜，然后在毫秒之间把它冷冻到液氮温度（-196℃以下）。因为速度非常快，生物样本里的水分无法结晶，也来不及蒸发，而是形成一层薄冰。我们再把这样的样本保持低温放置在电子显微镜下观察，就可以获得它们的内部结构了。”王宏伟说。2017年，三位发展冷冻电镜技术的科学家被授予诺贝尔化学奖，奠定了这一技术的主流地位。新冠疫情暴发以来，科学家们凭借冷冻电镜技术对新冠病毒的一系列三维重构，让这一前沿技术更为大众所了解。清华大学王新泉和张林琦团队借助冷冻电镜，解析出新冠病毒表面刺突蛋白受体结合区一些关键氨基酸位点的突变，对于分析这些突变对新冠病毒毒性和感染能力的影响具有重要意义。“根据这些位点突变，科研人员可以评估、改造或设计药物和疫苗，使其特异性更强。长远来讲，利用已知蛋白质结构，科学家甚至有希望研发出更加广谱的抗病毒药物。”王宏伟说，服务现代生物制药，是冷冻电镜技术发展的一个重要目标。一辈子一次的机会回忆起十年来回国建设冷冻电镜平台的经历，王宏伟由衷感慨：自己的所得一直超出期望。2001年赴美做博士后，2009年成为耶鲁大学助理教授并组建独立实验室，王宏伟原本可以沿着既定的轨道早一步实现自己的学术梦想。2009年底，王宏伟回国探亲，在母校清华遇到了时任清华大学生命科学与医学研究院副院长施一公教授和自己的导师隋森芳院士，两位邀请他回国建设一个世界顶级冷冻电镜中心。2009年，亚洲首台冷冻电镜在清华安装落成。但这项技术的走向尚不明朗。西方同行甚至质疑，冷冻电镜设备未来有没有人用？“确确实实，我经过认真的思考。一个世界顶级的冷冻电镜中心，对我有很大的吸引力，可能是一辈子才有一次的机会。”这位从1996年进入清华读博就一直从事冷冻电镜研究的科学家回忆说。2011年，王宏伟辞去耶鲁的工作，回到清华。告别已经开展的课题和成熟的科研团队，王宏伟回国后面对的工作千头万绪。“刚开始没人，我就从技术员到平台主管一个一个去招；跟学校协商人员设置、编制数目、待遇薪酬；去厂家选型采购冷冻电镜设备……”2014年，清华基地冷冻电镜设备基本到位，中国一跃成为这一领域的领头羊。而更令王宏伟高兴的是，恰恰就在这一时期，冷冻电镜技术从硬件到软件的多方面突破大大提升了这一技术的效率和精度。在技术革新浪潮带动下，清华冷冻电镜平台主管雷建林教授开发了一套数据自动收集软件。“之前，研究人员要坐在显微镜前一张一张手动去拍照片，每一张都要人工调好相关参数。一个项目收集一套数据，需要拍摄几百到上千张照片，科研人员在显微镜前一坐就要好几天。”王宏伟说。“现在，只要花两三个小时挑选样品、设置参数，后边的事情就可以全部交由计算机自动完成，不仅提高了效率，而且显微镜的稳定性也更强。”王宏伟说。花时间磨自己的刀目前，清华冷冻电镜平台共有十多台设备，包括4台300千伏的高端设备，所有设备24小时满负荷运转。每个月，平台可以完成两三百个项目的数据采集。“即使这样，还不足以满足需求。我们面对的用户从原来的结构生物学领域拓展到细胞生物学、甚至神经生物学领域，未来可能会有临床医生使用我们的设备。所以，需求会越来越大。”王宏伟说。清华冷冻电镜平台不仅面向国内用户，而且从建设之初就向全球开放，过去十年来已为来自美国、英国、日本和新加坡等世界各地的科研团队提供服务。据王宏伟介绍，美英等国的科学家从五六年前开始以清华冷冻电镜平台为参照，说服各自政府投资建设自己国家的冷冻电镜中心。“清华基地几乎每年都会组织一到两场面向全球的技术培训班或学术交流会，很多人通过我们的培训班和学术会议，对冷冻电镜技术有了更多的了解和掌握，为建设他们自己的冷冻电镜中心和更好地使用冷冻电镜技术打下了很好的基础。”不过，王宏伟很清楚，想要保持创新的优势和活力，仅靠增加几台设备是不行的，还需要克服一个重大短板——中国目前还没有能力生产自己的冷冻电镜设备。一台冷冻电镜设备，大大小小零部件加起来有上万件，而中国所有科研单位使用的冷冻电镜设备，小到一个螺丝钉，大到最复杂的电子枪元件，全部来自国外厂家。“这也是我们一直在思考的问题。”王宏伟指出，研发建设具有自主知识产权的冷冻电镜工具和方法，应该成为下一步布局的重点。我国在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中强调创新在现代化建设全局的核心地位，并要求把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。“作为基础研究的工具，冷冻电镜必将在推动科技创新方面发挥非常重要的作用。”王宏伟说，他的团队一直在研究开发原创性的冷冻电镜技术和方法，包括创新型的仪器和设备。“以前，我们从别人那儿买刀，砍柴的成果很明显。现在，我们要花时间磨自己的刀，去砍更多的柴、更好的柴。”王宏伟说。（记者全晓书、李宓、高蓓 陈昊佺、吴梦对此文亦有贡献）来源：新华每日电讯

内容来源——公众号：科研北斗网站类1、Nature protocolshttps://www.nature.com/nprot/《Nature protocols》是为研究人员提供高质量的同行评议protocols的在线杂志。它们以“recipes”的形式呈现，提供了用户可以带到实验室并立即应用于自己研究的步骤的逐步描述。所有的protocols都已经被证明是有效的，已经被用于生成发表的研究论文中报告的数据。Nature protocols2、Protocol exchangehttps://protocolexchange.researchsquare.com/一个由Nature Research赞助的由社区提供的协议的开放存储库。这些协议由作者直接发布在协议交换上，并免费提供给科学界使用和评论。与Nature protocols的不同之处：Protocol exchange是一种开放资源，任何协议都可以自由共享。相比之下，《Nature protocols》是一份同行评议的协议期刊，由其编辑精心挑选或委托出版。所有发表在《Nature protocols》上的协议都经过严格的同行评审和专业编辑。Protocol exchange3、Nature methodshttps://www.nature.com/nmeth/Nature methods是发表新方法的论坛，对生命科学中经过试验和测试的基础研究技术进行了重大改进。《Nature methods》的文章是叙述性的，而不是按部就班的格式。《Nature methods》的编辑可能会要求作者根据主要的研究文章撰写一份分步方案，以便在协议交换中进行取证。简而言之，该期刊主要是以叙述故事的口吻描述相关研究中的亮点部分以及重要技术。初步检测是免费的，可供下载。Nature methods4、Nucleic Acids Research Methodshttps://academic.oup.com/nar核酸研究(NAR)发表前沿研究成果，涉及核酸代谢和/或相互作用的核酸和蛋白质的物理、化学、生化和生物学方面。它可以迅速发表下列类别的论文：化学和合成生物学；计算生物学；基因调控、染色质和表观遗传学；基因组完整性、修复和复制；基因组学；分子生物学；核酸酶；RNA和结构生物学。调查和总结部分提供了简要回顾的格式。格式性不强，主还是以文章的形式呈现。查阅不是特别方便。在线免费获取。Nucleic Acids Research Methods5、Springerhttps://link.springer.com/search?facet-discipline=%22Life+Sciences%22&facet-content-type=%22Protocol%22只有极少数是开放的，很多还是以长文形式发表的研究。Springer更多内容见公众号，精彩内容下期继续。