當人類的目光投向深空，追尋宇宙起源的奧秘時，另一個同樣深邃的“微觀宇宙”正等待被解鎖——在直徑僅數微米的人體細胞中，無數分子“機器”以納米級精度日夜運轉，維系著生命的平衡。新加坡國立大學曾運雄博士團隊，正以一系列突破性研究，揭開這些微觀世界的運行法則，為人類健康與醫學革命開辟前所未有的路徑。從解析蛋白質的動態密碼到探索“生命暗物質”的未知疆域，他們的每一步突破，都在改寫人類對生命的認知。
一、從“看見”到“讀懂”：破解蛋白質的動態密碼
生命的精密，藏在分子的運動里。細胞膜上的轉運蛋白與離子通道，堪稱維持細胞秩序的“智能門禁系統”——葡萄糖需通過它們進入細胞供能，鈉離子依賴它們傳遞神經信號，鈣離子借助它們觸發肌肉收縮……這些直徑不足1納米的“分子機器”，每天要完成超過1023次精準轉運，誤差率卻低于百萬分之一。然而，由于尺度極小且動態變化極快，人類長期無法看清它們的真實面貌，更遑論理解其運作機制。
曾運雄博士團隊的突破性貢獻，在于將冷凍電鏡技術與人工智能算法深度融合，首次“捕捉”到這些分子的動態運作過程。“傳統技術像給奔跑的汽車拍靜態照片，而我們現在能拍下它的完整行駛視頻。”曾博士形象地解釋道。
以鈉離子通道為例，當神經末梢受到刺激時，這個蛋白通道會在1毫秒內完成“開放-失活-關閉”的全過程——相當于每秒完成1000次精準切換。團隊通過冷凍電鏡在-196℃的超低溫環境中瞬間“凍結”這一過程，再結合AI算法對海量數據進行解析，最終構建出鈉離子通道在三種關鍵狀態下的高分辨率三維結構。這一發現為理解癲癇、心律失常等疾病提供了關鍵線索：研究證實，某些病理狀態下通道會出現異常的“半開”狀態，導致離子轉運紊亂，而這正是部分神經系統疾病的根源。
對葡萄糖轉運蛋白GLUT1的研究，則為癌癥治療帶來新希望。團隊發現，GLUT1就像細胞的“葡萄糖搬運工”，會根據細胞需求在“開放”與“關閉”狀態間切換。而癌細胞為了瘋狂增殖，會過量表達GLUT1，通過掠奪周圍組織的葡萄糖獲取能量。基于這一機制，團隊設計出一種能特異性阻斷癌細胞GLUT1的小分子抑制劑——它像一把“智能鎖”，只針對癌細胞的轉運蛋白，不影響正常細胞的能量攝取。目前，該抑制劑已在動物實驗中展現出顯著的抑瘤效果，有望成為下一代靶向抗癌藥物的核心成分。
“解析結構只是第一步，理解它們的動態變化規律，才能真正掌握生命的運行邏輯。”曾博士強調。團隊的研究不僅登上《Nature》《Cell》等頂級期刊，更被國際同行評價為“開啟了膜蛋白動態研究的新時代”。
二、探索“生命暗物質”：糖脂世界的顛覆性發現
在生命科學領域，DNA與蛋白質長期占據“主角”地位，而糖類和脂質組成的分子網絡，卻像“暗物質”般被忽視——它們占細胞干重的30%以上，卻因結構復雜、研究難度大，其功能一直籠罩在迷霧中。曾運雄博士團隊率先將研究視角轉向這一未知疆域，帶來了一系列顛覆性發現。
細胞表面覆蓋著一層由糖類分子構成的“糖被”，每個細胞約有500萬個糖分子，它們以復雜的鏈狀結構存在。團隊通過高分辨率成像技術發現，這些糖鏈就像“生物條形碼”，能精準傳遞細胞身份信息：健康細胞的糖鏈結構整齊有序，而癌細胞的糖鏈會出現異常分支或修飾。“就像正常商品的條形碼清晰可辨，而偽劣商品的條形碼雜亂無章。”曾博士解釋道。基于這一發現，團隊開發出一種能識別腫瘤特異性糖鏈的納米探針——將其注入體內后，會與癌細胞表面的異常糖鏈結合并發出熒光，使直徑僅1毫米的早期腫瘤也能被精準檢測。目前，該技術已在肺癌、乳腺癌的早期診斷實驗中準確率達92%，遠超現有檢測手段。
脂質的研究同樣打破了傳統認知。長期以來，脂質被認為只是細胞的“能量倉庫”和“膜結構材料”，而團隊發現，某些神經酰胺脂質能作為“信號分子”，通過激活特定癌基因促進腫瘤生長。這一發現首次揭示了高脂飲食與癌癥風險的分子關聯——過量攝入飽和脂肪酸會導致體內神經酰胺積累，進而誘發癌基因表達。基于此，團隊篩選出一種能抑制神經酰胺合成的天然化合物，在動物實驗中成功降低了高脂飲食誘導的腫瘤發生率，為代謝性疾病與癌癥的預防提供了新策略。
“糖脂分子不是生命活動的‘配角’，而是調控細胞命運的‘關鍵開關’。”曾博士指出。團隊發起的“糖脂組學計劃”，正聯合全球20多個實驗室繪制人體糖脂分子網絡圖譜，目前已鑒定出300多種與疾病相關的糖脂標志物，為疾病早篩、預后評估提供了全新的分子靶點。
三、技術革新：從實驗室到臨床的跨越
科學的突破，往往依賴技術的革新。曾運雄博士團隊的研究能走在國際前沿，離不開對多學科技術的整合與創新。在他們的實驗室里，冷凍電鏡、人工智能、納米材料等尖端技術交織，構建起一套從“觀察”到“干預”的完整研究體系。
冷凍電鏡技術是團隊的“核心武器”之一。這臺價值上千萬美元的設備能將蛋白質樣本瞬間冷卻至-196℃，在避免輻射損傷的同時，“凍結”分子的動態狀態——就像給高速運動的分子按下“暫停鍵”。配合自主研發的樣品制備技術，團隊將蛋白結構解析的分辨率提升至0.8納米，相當于能看清分子中每個原子的排列。“以前解析一個蛋白結構需要一年，現在我們兩周就能完成。”團隊核心成員、生物物理學家林博士介紹道。
人工智能的引入則讓數據分析效率實現飛躍。團隊開發的深度學習算法，能從數萬張電鏡圖像中自動識別蛋白顆粒、重建三維結構，將傳統人工分析的效率提升300%。更重要的是，該算法能預測蛋白質的動態變化趨勢——輸入一種蛋白的靜態結構，系統就能模擬出它在不同環境下的構象變化，為藥物設計提供精準參考。目前，這套算法已向全球科研機構開放，被用于200多個膜蛋白研究項目。
跨學科合作則催生了更多應用突破。團隊與材料科學系合作研發的“智能納米探針”，是世界上首個能實時監測細胞內糖脂動態的工具——它直徑僅10納米，可穿透細胞膜，通過熒光信號變化反映糖脂分子的濃度與分布。在最近的實驗中，研究人員通過該探針觀察到，癌細胞在轉移過程中，表面糖鏈會發生顯著重構，這一發現為阻斷腫瘤轉移提供了新靶點。
技術創新最終要服務于臨床需求。基于基礎研究成果，團隊已孵化出多項轉化項目：
人工紅細胞技術：模擬紅細胞的氧氣轉運功能，通過改造血紅蛋白與細胞膜蛋白，構建出能在體外穩定存活的“人工紅細胞”。該技術有望解決血庫短缺問題，尤其適用于戰爭、災害等緊急輸血場景;
基因治療方案：針對罕見遺傳病“葡萄糖轉運障礙綜合征”，團隊設計出一種能特異性修復GLUT1基因突變的病毒載體。在小鼠實驗中，該方案使患病小鼠的葡萄糖攝取能力恢復70%，相關成果已被國際藥企引進，進入臨床前研究階段;
腫瘤疫苗：利用腫瘤特異性糖鏈作為抗原，結合納米載體技術，開發出能激活機體免疫應答的治療性疫苗。在肺癌模型中，疫苗使腫瘤體積縮小65%，且能預防腫瘤復發。
四、向微觀宇宙進軍：生命科學的未來革命
從單個蛋白的結構解析，到糖脂分子網絡的繪制，再到臨床應用的轉化，曾運雄博士團隊的研究已構建起一條完整的創新鏈。他們的工作不僅拓展了人類對生命的認知邊界，更在推動一場從“理解生命”到“調控生命”的革命。
“生命科學正進入‘精準調控’時代。”曾博士在一次國際論壇上強調，“我們不再滿足于知道‘是什么’，更要弄清楚‘為什么’，最終實現‘怎么做’——即通過調控分子機制治療疾病、改善健康。”這一理念貫穿于團隊的研究中：解析鈉離子通道是為了調控神經信號，研究GLUT1是為了阻斷癌細胞能量供應，探索糖脂是為了找到疾病的早期標志物……每一步基礎研究，都瞄準著臨床應用的終極目標。
“每個分子的運轉，都是億萬年進化的智慧結晶。”曾運雄博士站在實驗室的熒光顯微鏡前，看著屏幕上跳動的分子影像，語氣中充滿敬畏，“我們的使命，就是讀懂這份智慧，讓它為人類健康服務。”在這場向微觀宇宙進軍的征程中，更多生命奧秘等待揭曉，更多疾病難題即將被攻克——這不僅是科學的突破，更是對生命最深刻的致敬。
跟隨曾運雄博士團隊的腳步，我們正見證一個全新的生命科學時代到來。在這個時代，人類將不再被動應對疾病，而是主動調控生命的分子機制，真正實現“治未病”與“精準醫療”的終極愿景。而這一切的起點，正是那些藏在微觀世界里的、被一一解碼的生命密碼。
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