【编者按】

　　以基因测序为典型的遗传学和蛋白质科学是生命科学对机理理解的两大重要手段。在以蛋白质科学为主题的“上海科普大讲坛”上，国家“千人计划”特聘专家、国家蛋白质科学中心·上海主任雷鸣为公众普及蛋白质科学的知识，他谈及了抗生素、艾滋病与蛋白质的关系。雷鸣还提到，我国抗生素的使用情况令人担忧，每年有8万人死于抗生素滥用。

　　以下是澎湃新闻（www.thepaper.cn）对雷鸣讲话内容的摘录：

　　今天跟大家聊一聊蛋白质科学和现代生命科学，尤其和疾病、健康相关的话题。从我的角度跟大家谈一谈对蛋白质科学和现代医学的体会。

　　以我个人的理解，生命科学已经进入到了用生命科学对机理的理解，来指导人类健康的阶段。具体有两大手段：一是遗传学手段，以基因测序技术为典型的；二是我们今天谈到的蛋白质科学。基因测序是人们基于疾病、正常生理过程的事件发现，具有非常强大的功能。蛋白质科学对于我们理解这些事件、这些机理，具有重要作用，所以说这两大手段，是在生命科学中互补，又互相倚重。

　　什么是蛋白质

　　首先介绍一下什么是蛋白质，一提到蛋白质，就会想到鸡蛋，顾名思义鸡蛋的一部分是蛋白，这里面有丰富的蛋白质。蛋白质到底是什么呢？从三维结构的示意图，可以看到蛋白质像一团线一样，有一部分长的特别像电话线，有螺旋的结构，这是蛋白质非常基础的结构特征，如果大家对于基因结构有所了解，基因是非常规律性的双螺旋结构，DNA是非常有规律的双螺旋的结构，而蛋白质是没有规律复杂的三维结构。

　　蛋白质是由氨基酸组成的，这是在自然界存在的，人身体里有20种氨基酸，20种氨基酸就好像英语里26个字母，这26个字母组合，可以由无穷种组合，长度也不一样，组成了这样一个蛋白质。蛋白质还有一个性质，虽然只有20个氨基酸组成这样的链子，这种链子变化性非常之多，而且有很特殊一点，就是唯一性，任何一种序列都决定了这个序列所产生蛋白质的结构，也就决定了它的功能，所以说蛋白质的结构和功能，是由序列来决定的

　　蛋白质的功能

　　我们面临着非常复杂的环境，里面有很多病原体，这些病原体随时随刻对身体进行侵染，身体有很强大的防御体系，可以把这些病原体挡在外面。我们的免疫体系，跟防御体系对应，病原体可以识别人体的细胞，当病原体进入体内，身体就会产生适用于它的抗体，抗体识别病原体，巨噬细胞识别它并把它吃掉，这样病原体就不能够感染人的机体。

　　此外，蛋白质还为机体提供能源与动力，人之所以能够走路、呼吸、说话，做各种各样的动作，就是因为我们有能源系统，我们人体能源分子是什么？ATP变成ADP的过程为我们提供能源，可以把ATP分子想象成人体的汽油，这个汽油不是凭空出现的，靠人体非常复杂的机器，用更简单的分子合成ATP，相当于人体内有“炼油厂”，为人体这辆汽车产生“汽油”。

　　从很早开始人类就用火加工食品，吃熟的食品，实际上就是对蛋白质的一种加工，这个过程其实就是蛋白质经过加热变性。这是人最早的蛋白质改造。现代医学里包含很多蛋白质研究的过程，对某类疾病的征服，实际是对蛋白质某一个点上的理解。对疾病斗争也是蛋白质研究的重要目标，从古到今人类历史上发生过很多次瘟疫，鼠疫曾经造成数千万人死亡，但人们逐渐对疾病有了认识，有了预防和理解，2003年的非典，我们死亡835人。

　　抗生素与蛋白质

　　抗生素就是现代医学对蛋白质研究的一个成果，抗生素是由某些微生物在自己生活过程产生的，但这些物质对其他的病原微生物有抑制和杀伤功能，所以人类利用它防御病原微生物。它可以阻碍病原微生物蛋白质的合成、细胞壁的合成和基因的复制和转录。细菌可以让很多病原产生的细菌，当病原繁殖时会产生青霉素，抑制旁边病原体生长。

　　1928年、1929年英国科学家亚历山大·佛莱明发现青霉菌可以抑制葡萄球菌。青霉素的发现非常重要，二次世界大战时，青霉素对于士兵生命的挽救，起到非常重要的作用。青霉素被视为二次世界大战的三大发明之一，第一大发明是原子弹，第二大发明是雷达，第三大发明是青霉素。青霉素也被称为20世纪最重要的药物发现。

　　随着抗生素概念的出现，又出现了很多其他的抗生素，1947年美国微生物学家瓦克斯曼，又在放射菌中发现并制成了治疗肺结核的链霉素，这也是非常重要的事情，有几大传染病被抗生素有效治愈。

　　抗生素是抑制病原微生物，这是蛋白质合成的一个过程，抑制蛋白质，病原微生物病原体蛋白质合成是抗生素一个作用机理之一。有一个生物体不给它产生机体有效的分子，它可能存活不了。有一个很重要的生物大分子叫核糖体，核糖体是合成蛋白质最重要的分子机体，在人体里也有核糖体，在细菌里也有核糖体，人体的核糖体跟细菌的核糖体不一样的，这个时候细菌根据它的DNA来生产它需要的。抗生素出现了，就阻断了合成过程，细菌生产蛋白质过程，被有效抑制，细菌没有办法产生它需要蛋白质的时候，就死亡了。所以说抗生素和蛋白质关系非常密切，只不过抗生素是抵抗、抑制细菌内蛋白质合成。

　　抗生素在中国的使用令人担忧

　　但抗生素在中国使用状态，是非常令人担忧的，中国是抗生素使用大国，每年生产21万吨，出口三万吨，其余全部自销，人均消费138克，是美国的10倍；中国每年有20万人死于药品不良反应，其中40%死于抗生素滥用。

　　为什么这样？细菌比人有更加有优势的地方，细菌变异速度非常快，细菌的基因组有很多多样性。但我们使用抗生素的过程，加速了细菌自然选择。从远古到现在经过漫长的自然选择，变成今天人类的基因组，适应现在生活、气候，细菌也是一样的。本来抗生素是一种自然选择方式，比如青霉素会抑制细胞壁生成，大部分细菌可以被它杀掉，但是如果有个别细菌，基因有所突变，它的细胞壁生成不会被青霉素抑制，而过度使用青霉素，使得能够抑制青霉素的细菌大量繁殖。这就是一把双刃剑，用好了可以抑制很多病原体细菌，使得人体健康。用太多，会更有效杀死对我们身体健康造成危害的细菌。

　　这种超级细菌已经出现了，这类细菌抵抗很多抗生素，基本现有抗生素不能有效预防它，或者杀掉它。这个超级细菌，在世界各地都有，这是非常可怕的事情，如果超级细菌变成了全球流行的传染病，或者一种大的灾难，我们缺乏有效抵制方案，就会造成大量的人员死亡，这是我们面临的非常重要的挑战。

　　另外一个概念，人体是很多微生物共生体，肠道里有很多益生菌，对于益生菌抗生素也是有作用的，益生菌蛋白质生成，也会被抗生素抑制，过度使用抗生素对人体有效菌类、菌种有非常大的杀伤关系，使得人体不能保持正常的平衡关系，这是非常坏的效果。

　　抗生素从1960年到2000年之间没有任何新型抗生素出现，这非常不好的事情。如果抗药性细菌流行，就缺乏有效手段，这是非常现实的问题，所以对新型抗生素研制，是现在医学领域和生命科学非常重要的一件事。

　　最后总结一下，和大家息息相关，如果到了流感盛行的时候，冬天感冒马上吊水一点用处没有，还会杀死体内的益生菌，产生抗药性细菌侵害的可能性很大，这个应该避免的。因为病毒性感冒不能用抵抗细菌的药物去治愈，病毒性感冒没有细菌病原，所以用抗生素是没有作用的。

　　艾滋病与蛋白质

　　另外一个例子是艾滋病，它最大的特点是去感染免疫系统，这是和其他病毒最重要的不同地方。其他病毒感染人体，人体免疫系统进行抵抗，它相当于直接感染你的抵抗组织，所以你很可能不能建立起有效的抵抗。艾滋病患者大多数情况不是死于艾滋病直接的原因，而似于其他病原体感染，他可能死于任何其他传染病。

　　提到艾滋病治疗，要提一个人，何大一，华裔美籍科学家，他在1990年代发明了鸡尾酒疗法，这是根据蛋白质结构设计出来的。艾滋病毒有一个非常重要的手段来逃避人们对它的抵抗，艾滋病有两个特点：第一，艾滋病它是直接侵染人的免疫系统，第二它的变异机率极其高。对比刚才超级细菌，产生超级细菌能力极其高，非常有效躲避这些药物。为什么要用鸡尾酒疗法，同时用四种或者更多的药物，对艾滋病毒进行攻击，艾滋病则进行变异，但全部躲掉的机率就少了。这是很简单的概念，好像艾滋病毒是一个人，一个药物攻击它的胳膊，一个药物攻击它腿，另外一个药物攻击它腿，它顾得了这边，顾不了那边，通过鸡尾酒疗法长期的控制。

　　艾滋病研究和抗生素，可以看出来由于对蛋白质结构的精确理解和有效的认识，使得我们研发此类药物周期极大缩短，抗生素经过数百年的积累，人们才研发出来，而控制艾滋病的药物，只用十来年时间。分子水平的现代医学在蛋白质科学研究和发展，是人类提高自身健康水平，有效治疗疾病一个非常重要的手段。

　　胰岛素与蛋白质

　　胰岛素，是由胰脏内胰岛细胞，受葡萄糖刺激分泌一种蛋白质激素，这个激素非常著名，因为它可以外延性来治疗糖尿病，发现并生产出牛胰岛素是我们在1960年代非常重要的贡献，就是由上海生科院生化细胞所和北京大学和上海有机所共同完成的人工全合成结晶牛胰岛素，它是第一次由人工的方式，合成了具有生物活性的生物大分子，从根本上证明了生物大分子的功能是由它的序列决定的这样一个论断，具有非常重要科学意义。人工合成胰岛素，也为蛋白质结构工程研究开展新的途径，为治疗各种代谢途径，也是指明一个方向。