一、生物大分子晶體學線站用戶在細菌脂多糖轉運組裝膜蛋白復合體結構解析方面取得重要成果

　　2014年6月18日，Nature雜志在線發(fā)表了中國科學院生物物理研究所黃億華研究組對細菌脂多糖轉運組裝膜蛋白復合體結構解析重要成果。

　　脂多糖又稱內毒素，最早由德裔著名微生物學家Richard F. J. Pfeiffer于十九世紀末發(fā)現(xiàn)。一百多年后，美國科學家Bruce Beutler因發(fā)現(xiàn)人體細胞膜上的脂多糖受體——Toll樣受體4而榮獲2011年諾貝爾生理與醫(yī)學獎。脂多糖不僅是革蘭氏陰性細菌外膜的主要組成成分, 也是導致炎癥和人體天然免疫反應的主要原因。一百多年來，科學家們對細菌脂多糖在胞質中的合成已經有了很深入的了解，但直到二十一世紀初，美國普林斯頓大學細菌遺傳學家、美國科學院院士Thomas Silhavy和美國哈佛大學生物化學家Daniel Kahne等發(fā)現(xiàn)，細菌脂多糖的跨膜轉運以及在外膜上的組裝由七個脂多糖轉運蛋白（LptA-F）負責完成。而定位于細菌外膜上的LptD-LptE膜蛋白復合體完成脂多糖生成的最后一步，轉運脂多糖跨過細菌外膜并組裝形成細菌外膜的外小葉。LptD-LptE膜蛋白復合體因此可以說是革蘭氏陰性細菌存活的“命門”。

　　生物物理所黃億華研究員所領導的科研團隊通過幾年艱苦努力，在激烈的國際競爭中，最終利用上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U1）成功地解析了致病菌福氏志賀菌來源的分子量約為110,000道爾頓的LptD-LptE膜蛋白復合體2.4埃的高分辨率晶體結構。該晶體結構披露了一種前所未有的由兩個蛋白所形成的“塞子-桶”結構模式，并首次觀察到一個整合膜蛋白（LptD）中含有兩對非連續(xù)的、跨結構域的二硫鍵。同時，LptD的跨膜區(qū)是迄今所發(fā)現(xiàn)的由最多β鏈所組成（由26條β鏈圍成），尺寸最大的β桶狀整合膜蛋白。最為重要的是，在這26條β鏈中, 由于第1條和第2條β鏈各自存在一個脯氨酸, 破壞了其規(guī)則二級結構的形成, 從而削弱了和相鄰β鏈之間的相互作用。因此，在組成β桶的第3和第26條β鏈間創(chuàng)造了一個寬度為16埃的脂多糖出口，其大小可以允許脂多糖從桶壁上的出口側向輸入到脂雙層中。該復合體晶體三維結構也很好地解釋了過去近二十年來世界各國生物化學家和細菌遺傳學家對LptD和LptE兩個蛋白所進行的功能研究。

　　LptD-LptE膜蛋白復合體晶體結構的成功解析不僅是外膜蛋白結構生物學領域的一個重大突破，也是細菌脂多糖生成這一研究領域的一個重大進展。鑒于脂多糖對細菌功能的重要性，LptD-LptE膜蛋白復合體一直是重要的藥物靶點。LptD-LptE膜蛋白復合體的高分辨率晶體結構，為設計新型抗革蘭氏陰性細菌藥物提供了重要的信息。

　　Nature雜志同期以Structural biology: Lipopolysaccharide rolls out the barrel 為題對該項成果進行了小結報道；Nature Reviews Microbiology 雜志編輯部以Putting it out there 為題對該項工作進行了亮點介紹（Highlight）。

　　圖為LptD-LptE膜蛋白復合體的晶體結構與脂多糖跨外膜的轉運組裝模型。a. LptD與LptE結構域示意圖；b. LptD-LptE膜蛋白復合體晶體結構；c. LptD桶壁上脂多糖出口的結構特征；d. 脂多糖跨細菌外膜的轉運與組裝機理示意圖。

　　二、XAFS線站用戶在手性單壁碳納米管可控生長研究中取得重要突破 

　　北京大學化學與分子工程學院李彥教授課題組在單壁碳納米管手性可控生長研究中取得重要突破，該項成果于2014年6月26日在《自然》雜志上發(fā)表（Nature, DOI 10.1038/nature13434）。

　　單壁碳納米管是一類重要的碳基材料，由于具有優(yōu)異的電學性質而被人們廣泛應用于碳基納電子學研究中，它可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圓柱體，根據卷曲方式（通常稱為“手性”）的不同，可以是金屬性導體或帶隙不同的半導體。這一獨特而優(yōu)異的性質同時也是碳納米管制備上的巨大挑戰(zhàn)。用一般方法合成的樣品均為不同結構的碳納米管組成的混合物，而單一手性單壁碳納米管的選擇性生長成為一個難題，經過國內外科學家二十余年的努力仍未找到有效的解決方案。

　　李彥教授課題組經過十二年的潛心研究，逐步深化了對碳納米管的生長機制和催化劑作用的認識，在此基礎上提出了一種實現(xiàn)單壁碳納米管結構/手性可控生長的方案。他們發(fā)展了一類鎢基合金催化劑，其高熔點的特性確保了單壁碳納米管在高溫環(huán)境下的生長過程中保持晶態(tài)結構，其獨特的原子排布方式可用來調控生長的碳納米管的結構，從而實現(xiàn)了單壁碳納米管的結構/手性可控生長。他們利用這種方法生長出了含量高于92%的（12, 6）型碳納米管。通過調控催化劑的結構，他們還實現(xiàn)了（16,0）和（14,4）碳納米管的選擇性生長。更多的實驗結果表明該方法具有普適性。

　　上海同步輻射光源為該研究提供了重要的技術支撐。課題組在BL14W1- XAFS光束線站獲取了Co元素K邊和W元素L3邊的X射線吸收譜精細解構（XAFS），高質量的實驗數(shù)據保證了W-Co雙金屬結構的確定，證實了W和Co元素在1030℃下形成了W-Co合金，這為剖析單壁碳納米管的手性選擇性生長機制提供了重要的實驗證據。

　　該研究為解決單壁碳納米管的結構可控生長這一困擾學界已久的難題提供了一種可能的方案，為碳納米管的應用，尤其是碳基電子學的發(fā)展奠定了基礎。

　　在該工作中，BL14W1線站科技人員積極參與，在實驗和數(shù)據處理兩個方面提供了相應的專業(yè)技術支持，為該成果的發(fā)表作出了貢獻。

以鎢基雙金屬合金納米晶為催化劑生長單一手性的單壁碳納米管 

　　三、軟x射線譜學顯微線站用戶在納米顆粒的生物學效應機制研究方面取得兩項成果 

　　納米顆粒對重金屬生物有效性研究獲進展 

　　近日，南京大學環(huán)境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室繆愛軍課題組與上海光源合作，利用軟X射線顯微技術，研究了納米二氧化鈦對鎘在原生動物四膜蟲中富集與毒性效應的影響。該項研究成果，已在環(huán)境領域雜志Environmental Science & Technology上在線發(fā)表（TiO2 Nanoparticles Act As a Carrier of Cd Bioaccumulation in the Ciliate Tetrahymena thermophila,http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es500694t）。 

　　課題組利用上海光源BL08U1A線站的掃描透射X射線顯微鏡及X射線雙能吸收襯度成像技術，在50 nm分辨率下，研究了鈦在四膜蟲細胞內的分布規(guī)律；同時，借助熒光染料及激光掃描共聚焦顯微鏡分析了鎘在四膜蟲細胞內的分布。發(fā)現(xiàn)鈦與鎘的分布具有較高的相似性，均富集于四膜蟲的食物泡中。該結果首次直接證實了納米材料可以作為污染物載體將其轉運進細胞內的假設。因此，在評價納米材料的環(huán)境風險時，不但要考慮其對生物的直接作用，也不能忽視其對環(huán)境現(xiàn)存污染物生物有效性的影響。