X射线自由电子激光在结构生物学中应用的突破性进展 ——香山科学会议第474次学术讨论会综述
 
 
 
 
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“中国学术会议在线”会议信息发布规则
一、总则 "中国学术会议在线"是经教育部批准,由教育部科技发展中心主办,面向广大科技人员的公益性学术会议信息服务平台。为规范学术会议信息发布流程,促进信息发布的准确性、可靠性、及时性,特制定本规则。 二、发布会议范围及责任 1、本网站为广大学术机构、科研人员提供综合性学术会议信息发布和查询平台,发布各类以学术交流为目的学术会议信息。 2、本网站原则上不发布盈利性的培训类会议,视具体情况发布区域性、行业协会的技术研讨、会展信息。   3、信息发布方须对其在本网站上发布信息的真实性负责,如果违反真实性承诺,所产生的一切后果及责任,由信息发布方承担。 4、信息发布方必须遵守中华人民共和国法律法规以及《互联网信息服务管理办法》相关规定。 三、国内学术会议发布   1、各学会、科研院所、高校提交的国内学术会议信息,经“会议在线”审核,确定该信息已发布在学会、科研院所、高校的网站上,会议主办方、联系人等信息明确,可在1个工作日内发布。   2、各学会、科研院所、高校主办或承办的国内学术会议,未在其主办方官方网站发布,需提交有主(承)办单位公章的证明文件,并提供相关负责人姓名及联系方式。 四、国际学术会议发布   1、各学会、科研院所、高校主办或承办的国际学术会议,会议信息已在该学会、科研院所、学校校级网站上发布,相关负责人姓名及联系方式,会议主办单位、联系人等信息明确,经会议在线审核后,可在1个工作日内发布。   2、各高校院系主办或承办的国际学术会议,未在校级网站发布的,需提供校级主管部门的证明文件,并提供相关负责人姓名及联系方式,方可发布。各学会、科研院所主办或承办的国际学术会议,未在其官方网站发布的,需提供本学会或科研院所的证明文件。 3、非学会、科研院所、高校主、承办的国际会议,如为首次举办(第一届或无届别会议),需办会机构提供会议举办所在省、自治区、直辖市外事部门批准文件,并提供相关负责人姓名及联系方式,后可发布会议。 五、对会员投诉会议的处理 1、“中国学术会议在线”对于已经审核通过的会议,如接到以下投诉,一经核实,网站将撤销该会议信息。投诉内容包括但不限于: 1)会务组联系电话长时间无人接听或占线; 2)会议内容、出席人员、规模等信息与会前通知严重不符; 3)会议取消或未按时召开,未及时通知本网站。 2、对于提供虚假会议信息、虚假证明文件的办会机构,一经查实,该办会方将被列入网站黑名单,取消发布会议资格,并在网站上公示,情节严重者触犯法律者将报公安部门处理。 六、免责条款 中国学术会议在线为非盈利性网站,我们将恪尽审核义务,对于因办会方失信给第三方造成的损失,中国学术会议在线不承担责任。   中国学术会议在线 2013年3月
教育部科技发展中心门户网站新版上线公告
教育部科技发展中心门户网站(www.cutech.edu.cn)于2012年3月12日全新改版上线。   新版网站内容更为丰富,注重“中心”业务工作宣传和科技类信息的报道,增强服务力度同时提升了用户体验。   新版网站主要有以下几大改进:   一、页面美观简洁,以蓝色调为主,风格清晰明快,增大页面分辨率适应当前主流要求,字体大小和颜色适合用户阅读。   二、在网站原有业务工作栏目基础上增加——规范校办产业发展、宽带卫星计划、互联网创新平台联盟等专栏。   三、增加中国科技论文在线、中国学术会议在线两大信息服务平台当日信息更新栏目。   四、新网站整合了“中心”对外服务平台的内容,包括:高校专利信息服务平台、教育部科技查新服务平台、科技奖励网络申报系统、教育部专家信息系统、全国高校产业统计系统等,更方便用户查找和使用。   五、根据广大读者关注热点问题进行栏目改进与更新,改进栏目有——图片新闻、要闻咨询、学术评论、政策法规和知识产权等。   六、增强网站后台功能和相关软硬件优化,使信息更加快速安全传递给广大用户。   新版测试期为一个月,网站还有需要完善之处,在此期间如出现问题或给大家带来不便,请谅解,同时欢迎大家提出宝贵意见与建议,联系邮箱:sjy@cutech.edu.cn或linye@cutech.edu.cn。 教育部科技发展中心网站 二0一二年三月九日
中国学术会议在线新版开通,欢迎使用!
中国学术会议在线新版终于与大家见面了。在新版中,我们实现了一些优化和改进,尽力为广大用户提供更优秀的学术信息服务平台。相比旧版,新版的改进有: 分类学科信息 会议信息以学科分类,设置学科单页,便于各专业用户查询本专业内相关学术会议。 改观页面设计 新的页面采用宽页面、小模块化,方便用户浏览。 简化视频点播 视频点播无需另下载插件,直接点击播放。并针对单位用户特别推出“中国学术会议在线校园速递服务”,提高视频点播流畅性。 推出讲座资源 倾力推出高校学术讲座交流平台,促进高校间学术资源共享。 引入用户评价 参会用户可对学术会议进行评价,如办会方诚信、会议学术水平,为后来参会者提供参考,舆论监督促进提高办会水平。 注意事项: 1、由于教育网和公网之间存在带宽瓶颈,非教育网用户可能无法流畅观看视频,我们将努力改善并解决此问题。教育网集体用户(高校)如遇到视频观看不流畅的问题,可以学校为单位申请“中国学术会议在线校园速递服务”,以改善观看体验。参见《关于开展中国学术会议在线视频校园速递服务试点的通知》。 2、新版测试期一个月,网站还有大量需要完善之处,在此期间可能因为优化系统出现短暂的服务中断,请大家谅解。如您在新版使用过程中遇到任何问题,欢迎提出意见与建议,联系邮箱meeting@cutech.edu.cn或scimeet@yahoo.com。 中国学术会议在线 二0一一年一月十日
“中国学术会议在线”兼职信息员招聘启事
   “中国学术会议在线”(www.meeting.edu.cn)是经教育部批准、教育部科技发展中心主办的公益性学术网站。因业务发展需要,现面向国内高校以及中科院系统招聘兼职信息员。 应聘要求: 1、应聘人员应为高校或中科院在读硕士或博士研究生; 2、专业文科最佳,有理工科背景,如科技哲学、情报学、图书馆学、信息管理、知识管理等相关领域; 3、有参与学术会议交流的经验; 4、关注本学科及相关研究领域的国内外学术交流动态,视野开阔,信息资源丰富; 5、有一定的课余时间,责任心强,能够连续工作一年以上。    请有意者将个人简历发至 scimeet@yahoo.com 或 meeting@cutech.edu.cn              教育部科技发展中心                  中国学术会议在线 2013年6月5日
高校学术讲座交流平台开通,欢迎使用!
为优化我国科研环境,促进高校之间优质学术讲座资源的交流与共享,由教育部批准、教育部科技发展中心主办的“中国学术会议在线” 首批联合20所重点高校共同建设“高校学术讲座资源交流平台”(以下简称“讲座平台”),平台目前正式开通使用。 首批加入讲座平台的成员高校有:西安交通大学、河海大学、电子科技大学、北京交通大学、东北师范大学、北京理工大学、北京邮电大学、东北大学、合肥工业大学、湖南大学、华南理工大学、华南农业大学、兰州大学、南京航空航天大学、山东大学、西北工业大学、西南大学、湘潭大学、浙江大学、中山大学。 平台资源面向成员高校免费开放,各成员高校用户可直接通过本校网络访问讲座平台,查看平台内各校讲座预告、讲座视频,并可根据感兴趣的学科、学校、演讲人或其他关键字对讲座资源进行检索和查看。 欢迎致力于促进学术交流、并有兴趣加入讲座平台的高校相关部门与我们联系,联系方式: 教育部科技发展中心 中国学术会议在线 联 系 人: 王鑫、孔翦 地 址: 北京海淀区中关村大街35号 100080 电 话: 010-62514015,82503990 电子邮箱: meeting@cutech.edu.cn, scimeet@yahoo.com 教育部科技发展中心 中国学术会议在线 二○一一年一月十日
 
 
 
 
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X射线自由电子激光在结构生物学中应用的突破性进展 ——香山科学会议第474次学术讨论会综述
日期:2014-02-20 19:53  所属学科:电子与通信>光电子学  点击数:2039
稿件来源:香山科学会议 
    X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Laser,XFEL)又被称为第四代同步辐射光源,是国际光子科学领域竞相发展的重大科研方向。XFEL产生的X射线,不但亮度大幅度提升、脉冲时间显著缩短,同时具有激光的相干性。由于XFEL具备的上述特点,令其在众多科学领域有着不可估量的应用前景,特别是给结构生物学带来革命性的变革。在硬X射线波段,目前国际上仅有位于美国斯坦福直线加速器中心的 “直线加速器相干光源”和日本Spring-8 SACLA已经建成并投入试运行。德国、瑞士等国也都在进行XFEL设施的建设工作。相对而言,我国虽然较早提出了XFEL的学科构想,但是在这方面的研究工作已经落在了后面。

    为深入交流XFEL在结构生物学中的应用成果,香山科学会议于2013年10月27~28日在南昌召开以“X射线自由电子激光在结构生物学中应用的突破性进展”为主题的第474次学术讨论会,中科院生物物理所许瑞明研究员,国家蛋白质科学中心雷鸣研究员,清华大学生命科学学院施一公教授,清华大学医学院饶子和教授担任会议执行主席,多学科跨领域近40位专家学者应邀参加了会议。与会专家围绕(1)我国发展生物大分子自由电子激光设施的必要性与紧迫性;(2)基于自由电子激光设施的新技术、新方法;(3)应用自由电子激光进行生物大分子结构研究的新进展等中心议题进行了深入的讨论。会议的主旨是为了使相关领域专家学者对XFEL在结构生物学研究中的作用有更深入的了解,凝聚共识,提出相应科学问题的解决方案,同时加深对XFEL在结构生物学上应用的认识,探索发展XFEL在结构生物学领域的新应用,以战略的眼光预估将来的发展趋势,制定预期目标,为今后学科发展奠定基础。

一、   世界范围XFEL的发展现状和趋势

    来自牛津大学的David Stuart教授作了题为“Structural Biology: Synchrotrons to X-Ray Free-Electron Lasers”的主题评述报告。他介绍了目前大分子结构生物学研究的现状以及面临的问题,提出了XFEL作为一种新技术所具有的独特优势,能使结构生物学研究突破现有的技术束缚,带来颠覆性的变革。作为人类目前所能人工制造的最强大的X射线源,XFEL的出现带来了结构生物学研究手段的革命,其在结构生物学的应用带来了前所未有的新机遇。随后,他重点讨论了XFEL对线站硬件设备、样品准备、数据收集等方面的要求,英国在XFEL方面的探索尝试,以及目前遇到的几个方面的技术瓶颈和挑战。David Stuart教授同时也指出,由于经费的问题,英国的相关研究人员还在争取英国政府对XFEL项目的支持,现阶段以参加德国的XFEL项目为主开展研究。

    作为亚洲地区唯一拥有XFEL的研究机构,日本理化学研究所、Spring-8同步辐射中心主任Tetsuya Ishikawa研究员,做了题为“SACLA Spring-8 angstrom compact SASE source”的报告。他介绍了位于日本第三代同步辐射光源Spring-8的XFEL线站-SACLA的建设和运行情况。SACLA是在美国LCLS之后建立的第二个XFEL装置,属于结构紧凑的Compact SASE XFEL光源。在能量为8 GeV的直线加速器中获得的X射线能量达10keV以上,波长已经可以短于1埃。同时,SACLA已经建立了一套适用于结构生物学研究的实验站设备,包括激光聚焦系统、低温成像设备KOTOBUKI,串联飞秒晶体学以及可以测定晶体无辐射损伤结构的相关实验装置,他还展示了在SACLA解析的多个生物大分子三维结构。随后与会专家针对晶体喷射装置、晶体样品循环回收装置等进行了讨论。Tetsuya Ishikawa教授同时展示了SACLA在纳米晶体和单分子成像方面的成果。

    讨论中,专家们从各自的不同的角度介绍了世界范围内XFEL和第三代同步辐射光源的优缺点,提出我国已具备了发展XFEL的硬件条件,但是同时也指出,在探测器等配套设备的发展中还有一定的差距。指出自由电子激光除了生命科学领域以外,在军事、材料、化学等领域还有重要应用,应该从更广泛的角度考虑XFEL在中国的发展。会议还重点讨论了我国在常温和超导技术上的工作基础和将来的工作计划,介绍了前不久自由电子激光发展战略研讨会的情况,计划准备花一年左右时间,对中国自由电子激光的发展战略进行系统的梳理和规划。提出结构生物学家作为用户,应该积极参与甚至引领设施的建设,建议形成一个物理学、生物学、计算科学、电子技术、自动化与精仪等学科人才广泛参与的咨询委员会。最后,专家们一致认为此次香山会议的时机很好,对于推动我国XFEL的建设将起到重要推动作用。

二、   我国发展生物大分子自由电子激光设施的必要性与紧迫性

    来自国家蛋白质科学中心(上海)的雷鸣研究员做了题为“中国结构生物学的新机遇”的主题评述报告。他首先回顾了近年来生物物理学理论、技术的重要进展,并对未来的发展趋势进行了前瞻性展望。接下来雷鸣研究员对自由电子激光的发展与应用进行了阐述。他指出,我国XFEL设施的建设也在筹划之中,对于这种全新的X射线源,我国在这方面的研究工作起步较晚,无论从软件还是硬件上来讲还相对薄弱。单一的个人、科研机构和院校力量相对有限,无法独立完成可行性论证并为政府和大众提供全面的决策建议;建议以委员会的形式联合跨单位、跨领域的多方力量,协同分工,齐心协力,共同推进。随后他还重点探讨了目前中国学术界在自由电子激光发展上短期、中短期以及长期可能面临的挑战和应对策略。在推动相关学科发展、人才储备、建立合作机制以及与XFEL配套的新技术和方法研发等几方面提出了建设性意见。最后,雷鸣研究员对蛋白质科学中心(上海)在结构生物学方向的进展和未来工作进行了简要介绍。

    与会专家作了题为“在瑞士自由电子激光建设中国线站的设想”的中心议题评述报告,介绍了我国硬X射线自由电子激光的建设情况以及瑞士SwissFEL的情况。考虑到HXFEL在科学研究及国家科技战略需求方面的重要性,建议我国在稳步推动国内研究进展的同时,也要通过实质性的国际合作来发展我国的HXFEL研究。会议还讨论了中国高增益自由电子激光和基于超导加速器的X射线自由电子激光的发展现状与展望,针对XFEL的两个重要科学目标:实现单分子蛋白质的结构解析,以及在原子尺度上观测飞秒化学反应过程进行了研讨,呼吁为推动我国未来XFEL装置尽早进入世界先进行列,建议我国在十三五期间尽早部署完成低温加速器相关的核心技术预研。会议还重点对劳埃法的波长带宽、时间分辨等对于XFEL的重大优势进行了讨论。

三、   基于自由电子激光设施的新技术、新方法

    与会专家作了题为“X射线自由电子激光对蛋白质复合体和膜蛋白晶体学的潜在影响”的中心议题评述报告。对飞秒(Femtosecond)X射线自由电子激光亮度高、脉冲短和相干性好的特点进行了介绍,指出其特别适合超快现象和小尺度物质的结构和成像研究。飞秒XFEL使纳米大小的晶体就可以用于数据收集,并由于“损伤前衍射”现象, 可以巧妙地规避蛋白质复合体和膜蛋白晶体的不耐辐射的缺点。鉴于飞秒XFEL前所未有的巨大优势,飞秒X射线自由电子激光纳米晶体学的发展正方兴未艾。虽然XFEL纳米晶体学还处于发展的初期,还有很多技术细节需要完善,但其无可比拟的巨大优势将是划时代的。人们预计其对结构生物学乃至生命科学的巨大促进与当初的同步辐射X射线的影响将是不可比拟的。虽然我国目前还没有可用的XFEL装置,但我们应该积极使用国外资源,努力开展各种相关研究。使我国的结构生物学紧跟国际研究水平,为未来的发展积淀宝贵的技术和人才基础。

    会议还报告了基于XFEL的结构生物学新技术新方法的发展与应用,以及XFEL 生物样品制备及数据收集的设想、应用自由电子激光X光解析生物分子结构的探讨等,日本理化学研究所、Spring-8同步辐射中心主任Tetsuya Ishikawa研究员又进一步介绍了Spring-8的XFEL线站SACLA解析的多个生物大分子三维结构过程中使用的技术与方法。与会专家针对XFEL对线站硬件设备、样品准备、数据收集等方面的要求、其他研究机构在XFEL解析生物大分子结构的新技术新方法等方面的探索尝试,以及目前遇到的技术瓶颈和挑战进行了深入的讨论。

四、   应用自由电子激光进行生物大分子结构研究

    与会专家作了题为“XFEL在生物大分子结构测定中的应用”的中心议题评述报告。对应用自由电子激光在结构生物学领域的里程碑式工作进行了回顾与总结,这些目标蛋白既有复杂的膜蛋白复合物(如光系统I和II),也有经典的极易结晶的蛋白质(如溶菌酶);所涉及的结晶方法既有传统的结晶方法,也有较为少见的脂海绵相方法,还有在细胞内自然结晶形成的;所获得的晶体总体上都在几百纳米至几微米的尺度上;所获得的结构最高达到了1.9Å的分辨率。通过回顾以上工作,张荣光研究员总结了以下几点收获:1)虽然XFEL脉冲的能量极强,能够在几十飞秒的时间内将蛋白质彻底电离分解,但有效的衍射已经形成;2)微晶在XFEL中的衍射有较高的数据质量,无明显的辐射损伤;3)SFX方法的实验过程处于室温状态下,更接近生理条件下的状态;4)SFX方法可以用于结构解析,并能够从中获得未知的新结构信息。张荣光研究员认为,利用XFEL的SFX方法进行结构生物学研究已被证明是可行的,特别是在处理超大复合物或膜蛋白的极微小晶体时,将具有无可比拟的优势。其未来的发展将主要集中于获取实验相位,以解析全新的结构。

    讨论中,与会的几位结构生物学家作为光源设施用户,向高能物理学同行表达了积极参与自由电子激光和第三代同步辐射光源设施建设工作的意愿,强调了三代光源的建设、升级、完善在未来相当一段时间的重要性,呼吁要继续坚定不断地重视和支持现有三代光源的发展,使其发挥更大的作用,满足更为广泛的用户的需求。呼吁成立一个综合性咨询顾问委员会,希望能够联合多个领域学科的专家从整个国家的战略格局角度来进行论证、布局、推动自由电子激光的立项和建设。专家们强调了向国外有关机构学习跟踪过程中自主创新的重要性,强调了自由电子激光作为大型科学设施,在顶层设计和宏观布局乃至协调管理方面的重要性,应探寻良好的机制将我们有限的力量进行一个良好的有机整合,发挥最大效率。认为首先要充分利用现已立项的常温加速器项目为未来的超导加速器做好准备,其次要坚持与瑞士等方面开展国际合作,积累经验,最后要组织一支强有力的关键技术攻关与预研团队。同时强调在国际合作项目上,我们中国不应仅停留在单纯的参与上,应该争取有所突破、有所创造、有所贡献。建议我们可以考虑以高分辨率探测器为突破口开展技术攻坚,可能会有事半功倍的效果。

五、   会议总结与专家建议

在经过广泛交流和深入讨论后,与会专家对自由电子激光技术在中国发展形成如下共识:

    (1)以XFEL为特征的第四代光源已经在世界范围内逐步进入成熟和快速发展的时期,包括美、日、德、瑞士等国都在快速推动本国在该领域的发展。同时,XFEL在结构生物学中的应用,也逐渐从理论探索向实际应用迅速转换,已经产生了一批具有重要影响的研究成果。因此,无论是从XFEL在光子科学研究领域的重要性,还是从结构生物学研究的重大需求,都非常有必要在我国发展以XFEL为特征的新型光源装置。

    (2)在争取XFEL在我国的立项和建设的同时,要积极组织包括结构生物学领域在内的多学科科研人员,从硬件设施、样品准备、计算方法、数据探测等多个方面开展预研,力争使我国在相关研究领域能够紧跟国际前沿。同时,应该在相关领域和国际XFEL装置开展广泛地合作,推动我国基于XFEL的研究工作。

    (3)XFEL在结构生物学中的广泛应用还有较长的路要走,基于第三代同步辐射光源的传统蛋白质晶体学线站在一定时期内还要起到主导、关键性的作用。在推动XFEL光源的同时,还应不断改进第三代光源的性能,在光源质量、探测器收集速度、用户使用等多个方面不断完善,满足我国结构生物学在很长第一段时间内的需求。

    (4)除了加速推动XFEL和相关的蛋白质晶体学的发展,还应该认识到,XFEL的一个重要应用在于单个蛋白质分子的成像方面,即不需要结晶而对蛋白质分子进行结构研究。目前在此方面的制约因素在于XFEL能量(强度)不足和数据收集的准确性等方面。我国可以通过合作研究的方式,在计算方法、探测器等技术领域开展先期研究,在该研究领域争取与国际前沿保持同步。

与会专家提出如下建议:

    1、国家有关部门要高度重视自由电子激光技术在中国的发展,加大支持力度;

    2、统一协调各方面的力量,成立X射线自由电子激光在结构生物学中的应用发展联合会,努力争取国家大科学设施的支持,切实推动XFEL在我国的长足发展;

    3、以科学前沿发展和国家利益需求为驱动,凝聚和培养世界一流的XFEL人才;

    4、吸纳整合各种创新资源,开展国际前沿系统研究,建设发展以XFEL为龙头的结构生物学技术手段;

    5、推动XFEL基础研究与应用研究的紧密衔接,促进相关高新技术产业的快速发展。
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