课题组简介

    基于物理精密测量与对象构建的物理生物学，是生命物质研究的新范式，也是物理学研究领域的自然拓展，不局限于运用诸如蛋白表达水平、浓度、亲和性、聚集状态、信号路径等特征参量来描述生命过程，更强调用时空位置、结构转变、能量交换、信息流动等定量参数刻画生物分子的动力学。正如物理学对研究质点情有独钟，对单个生物大分子行为的理解也是当代生命科学的基础。

    李明研究员带领的团队提出并应用单分子荧光光谱学策略，以原位状态下单个生物大分子动态行为的精密测量为基础，辨析复杂开放生命界面众多个体的动力学行为，发明了三种高精度的适用于蛋白质机器复杂运动行为观测的方法，解决了长期以来缺乏直接在亚纳米尺度上对单个分子的运动和状态变化进行实时精确测量这一难题，推动了生物界面分子动力学研究领域的纵深发展。该团队与合作者共同开发了命名为nanotensioner的技术，成功将单分子荧光共振能量转移的实际测量精度提高到0.2 纳米，使碱基尺度（~0.34纳米）以下的空间运动细节的观测成为可能，有效突破了蛋白质与核酸相互作用测量的瓶颈，并结合该技术较高的时间分辨率（ms），系统解决了柔软单链涨落带来的测量难题，在核酸界面系统的研究上取得了一系列原创研究成果（Nucleic Acids Res. (2016), Phys. Rev. Lett. (2017)、J. Phys. Chem. B (2018) 和 Nature (2019)），受到了相关跨学科领域的广泛关注和正面评价。该团队还发明了命名为SIFA（Surface Induced Fluorescence Attenuation；表面诱导荧光衰逝）和LipoFRET（Liposome-induced FRET; 囊泡包裹荧光衰逝）的超高精度荧光分析方法，分别适用于微小曲率生物膜界面（固液界面的近理想二维脂双层）和大曲率生物界面（真实生命体中的三维悬浮囊泡）生物大分子跨膜动力学行为的高精度观测，并首次直观展现了蛋白质机器在垂直生物膜方向上的动态过程。相关成果发表在Nat. Comm. (2016)和Angew. Chem. Int. Ed.(2019) 等高影响力期刊。