超越基因组：破译蛋白质（下）

电脑的威力
这是在蛋白质折叠模拟方面向前迈出的一大步，但它仍然仅仅是管窥了这一折叠过程。蛋白质完成折叠所花费的时间从10微秒到几秒钟都有，因此全程追踪一个蛋白体直到其天然状态，所耗用的电脑能量是惊人的。
需要功率更大的计算设备来模拟蛋白体折叠全过程。1999年IBM公司宣布开发“蓝色基因”———一台每秒钟能够进行10的24次方次运算的新电脑。这台电脑到2004年制成时将被用于解决蛋白体折叠问题。
如果“蓝色基因”或任何其它科学工具能够帮助解决这一问题，则它对医学的涵义将是巨大的。不是必须花费许多年时间试验新的药物以使之完善，而是将有可能在一台电脑上对其进行虚拟设计。生物化学家们将能够认识和了解与病毒作斗争的抗体的形状。像普罗透斯一样，我们将能够观察一个人的基因组，就其未来的健康状况做出预测。
从蛋白质中获利
2001年10月7日，大约100位科学家在弗吉尼亚州里斯堡开会讨论制订一项蛋白质方面与人类基因组计划相当的计划。会议的组织者是新近成立的人类蛋白质组组织（HUPO）。它是为了协调参与蛋白质组科学的越来越多的私营公司的努力和公共计划而于去年成立的。会议所传出的信息是敦促人们保持耐心。该组织的第一任主席、密歇根大学的哈纳什说：“HUPO知道循序渐进是重要的。”
这种谨慎的调子并不出人意料。据估计，与从人类基因组中所获得的信息相比，人类蛋白质组中所包含的信息是其100倍。从概念上讲，人类基因组计划是相当直截了当的。它所涉及的是从头到尾读出组成人类基因组的30亿个化学字母。而一项人类蛋白质组工程则会复杂得多。它将涉及建立有关人体的几十万个蛋白体当中每一个的氨基酸排序、行为和功能的数据库。一个蛋白体的行为能够依据其是独自活动还是与其它蛋白体合作而改变。
现在并非第一次制订像HUPO这样的计划。1980年美国做出了一项努力，以启动人类蛋白质索引（HPI）。但它输给了1985年倡议的人类基因组计划。既然人类基因组计划的初步草案已经完成，科学家们一致认为自己现在牵肠挂肚的问题是“下一步怎么走？”尽管一项蛋白质组计划将会带来的研究与合作的规模令人难以承受，但是人们的普遍共识是，它的时机已经到来。
自从80年代初谈论人类蛋白质索引计划以来，实施这样一项计划所需的工具已经大大改进。对于分离和确认不同细胞中的蛋白质的过程具有核心重要性的是二维凝胶电泳技术。虽然这项技术从1975年以来一直存在———其发明标志着蛋白质组学的诞生———但是它近年来经历了一系列的改进，从而使察觉比较罕见的蛋白体成为可能。
蛋白体数据库
如果一个蛋白体没有在蛋白体数据库中登记，弄清一个蛋白体的重量并不会导致其得到分辨。自从佩鲁茨和肯德鲁于1953年破译血红蛋白和肌红蛋白的结构以来，已经弄清了大约8000个其它蛋白体。但还有千万个结构尚未查明。确定一个蛋白体的基本形式在佩鲁茨和肯德鲁的时代花费了许多年，而现在，一位生物化学家给现有的各种蛋白体数据库增添一个结构却仅用几个月，有时是几天。然而努力通常集中在被认为具有有趣的生物或医学性质的蛋白体上面，“令人烦闷的”蛋白体往往被撇在一边。
由于认识到进行有组织的努力和建立一个比较全面的蛋白体中央数据库的必要性，所以2000年底在美国启动了一项政府资助的公共计划。在国家普通医学研究院（NIGMS）协调下，耗资1·1亿英镑的蛋白质结构计划（PSI）在创建蛋白质结构和功能的充分库存方面采取了一项新颖的做法。PSI研究人员不是分辨单一的蛋白质结构，而是正在辨别蛋白质结构家族，通过按照蛋白质的“折叠”来将蛋白质分组。大多数生物学家都认为，大概有不到一万种不同的“折叠”类型，几乎所有的蛋白体都将属于这些折叠家族之一。该计划定于2010年完成。
一件好事是看到了蛋白质组学吸引着公共资助——关于我们的蛋白质的信息像有关我们基因的信息一样，应当在获得后立刻免费地提供，而公共投入乃是确保这一点的最佳途径。然而虽然人类基因组计划是一项完全的公共倡议，但是人类蛋白质组计划很可能将需要公共与私营部门的混合。尽管二维凝胶电泳和质谱分析法等核心性的蛋白质组技术达到了精湛并实现了自动化，但是我们要想真正认识成千上万个蛋白体如何在同一时刻在细胞的各个部分中合作的复杂性，却需要更加先进的技术。这些技术通过私营部门的竞争优势而产生的可能性最大。
由于认识到未来的挑战和成功将会带来的滚滚财源，所以每天都有一家新的蛋白质组技术公司创建。生物药品公司认识到，蛋白质组科学同基因组科学相比，与疾病过程的距离要近得多，它是发现新的神奇药物的钥匙。一位市场评论家说：“在蛋白质组技术的市场开发的早期阶段，没有明显的赢家。这意味着机遇是大量存在的。”
HUPO必须在协调这个不断兴旺发展的产业方面获得成功，否则蛋白质组技术的收益就会丧失。一位专家说：“蛋白质组技术是一片汪洋大海，许多人都能够在其中游泳，甚至可能互相帮助浮在水面上。”他警告说，不合作的替代途径就是破坏与自私自利的竞争。
人类蛋白质组计划要想成功，公私双方的协作就必须培养，而且必须有耐心和做好规划。在1985年构思人类基因组计划后，一项试验工作花了6年时间方才开始，又花了9年时间才展开了全面生产。蛋白质组技术必须经历同样谨慎筹划的过程。只有到那时，生物学下一项重大的科学倡议才有机会成功。