樹立醫學生的科學自信*
——以抗擊新冠疫情期間國內科學家在結構生物學領域取得的成果為例

新吉樂 張欣翼 黃睿 鄒玉璽 時博 盧萍 馬利剛 鄭曉珂

河南中醫藥大學醫學院 鄭州 450046

0 引言

隨著國內科研水平的提高，國內科學家在醫學和生命科學領域取得了世界領先的成就。這為廣大醫學生樹立科研自信奠定了基礎。為了在大學課堂樹立醫學生的科學自信，本文發掘了在抗擊新型冠狀病毒肺炎過程中，中國科學家取得的結構生物學成果，分析其中的科學意義、自主創新精神等元素，用于后期醫學院生物化學與分子生物學教學中的課程思政，培養廣大醫學生的自主創新精神，幫助他們樹立科學自信。

2019 年12 月開始暴發的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情蔓延到中國所有省區以及多個國家和地區，對經濟社會發展和人民群眾生命財產安全造成了嚴重威脅。在抗擊疫情的一線，除了醫護人員和疾控人員之外，還有廣大科研人員。廣大科研人員的工作對新冠疫情的認識、預防和治療起到了重要的推動作用。特別是在對新型冠狀病毒（2019-nCoV）關鍵致病酶的空間結構解析方面取得了重大突破，為今后的藥物篩選鋪平了道路。這些成果是樹立本土科研人員和醫學生科學自信和自主創新精神教學課程思政的重要素材。

從知識傳播的角度講，生物化學和分子生物學教學過程中涉及的結構生物學內容極少。目前，醫學院普遍使用《生物化學與分子生物學》（人民衛生出版社，第9 版）作為生物化學與分子生物學教學教材。其中，“常用分子生物學技術的原理及其應用”中的“蛋白質空間結構分析”部分只對X 射線衍射、核磁共振、冷凍電鏡等極具影響力的結構生物學方法作了簡單介紹[1]。通過目前的教學手段，醫學生無法體會結構生物學在醫學和生命科學領域中產生的重大作用和意義。為了讓廣大醫學生深入認識疾病的發病機理和相關藥物發現的過程，提升學生的自主創新精神，激發廣大學生的科學自信，乃至文化自信，本文主要介紹國內科學家在新型冠狀病毒肺炎防治過程中獲得的結構生物學成果，發掘其中的思政課程素材，以期服務于教學實踐。

1 醫學生學習結構生物學知識的必要性

小分子藥物是目前疾病治療的主要工具。這些化合物分子量較低，很容易滲透細胞膜，通過靶向于重要蛋白質影響細胞通路，從而發揮藥理學作用。盡管許多生物物理和生化方法能夠闡明小分子與其靶標分子的相互作用，但結構生物學是確定靶標和小分子化合物相互作用最有力的工具[2]。也就是說，可以利用結構生物學方法，即X 射線衍射晶體學、冷凍電鏡、核磁共振（NMR）等技術將小分子和蛋白質結合的細節進行“攝影”，從而從原子水平揭示小分子的作用機制。活性小分子可以通過基于靶點的藥物設計獲得。在設計小分子之前，需要通過結構生物學手段解析各類蛋白質靶點的三維結構，再將這些結構上傳至開源數據庫，如Protein Data Bank。藥物化學家需要依賴計算機手段進行合理的藥物設計，開發無毒、安全和有效的化合物，而不是通過傳統組合化學方法大量合成化合物，再經過靶點識別、靶點驗證、分析開發、命中識別、先導化合物的發現、先導化合物優化、候選選擇和后期開發等漫長過程。因此，無論是揭示小分子如何作用于靶點，還是基于靶點的小分子發現，均需要結構生物學的支持才能實現。

以上介紹側重藥物開發的過程。那么對于發病機制研究，結構生物學是否也起重要作用呢？這樣的方法對于臨床醫學專業學生意義如何？事實上，疫情初期，中國科學家就是通過結構生物學手段揭示了新型冠狀病毒發病機制。例如，本文提到的饒子和團隊解析的3CL 水解酶結構以及西湖大學周強課題組解析的人ACE2 全長結構等。我國科學家基本上揭示了新型冠狀病毒肺炎侵襲人肺部細胞的整個過程。

綜上所述，無論是藥物開發還是揭示疾病的發病機理，均需要結構生物學手段。但從醫學院本科階段的生物化學教學來看，較少涉及甚至不涉及該領域的介紹。目前，結構生物學相關技術在不斷發展中。例如，近兩年冷凍電鏡技術得到的蛋白質分辨率大大提高，大有替代X 射線衍射技術的可能。而過去，X 射線衍射技術是結構生物學領域的主流。因此，從培養醫學生的角度，教學內容應不斷改變，以適應時代和科學技術的發展。

2 國內科學家抗擊新型冠狀病毒肺炎期間取得的結構生物學成果

新型冠狀病毒肺炎肆虐初期，我國科學家在新型冠狀病毒結構生物學方面取得的相關成果如表1所示。

3 體現科學自信的思想政治元素

結構生物學屬于生命科學與醫學研究領域的制高點。在新型冠狀病毒肺炎肆虐初期，我國科學家就是通過自主創新精神攻克了一個個結構生物學難題，解釋了新型冠狀病毒肺炎的發病機制。在解決難題的過程中，我國科學家還展現了團隊合作精神、解決問題的思路和方法、大局觀。這些精神對于取得科研成果、回報社會來說，是缺一不可的。體現這些精神的事件是教學過程中很好的思政元素，有利于幫助學生樹立榜樣，也有利于樹立醫學生對中國科學的自信。體現科學自信的思想政治元素如表2 所示。

4 建議和展望

想要幫助醫學生樹立科學自信，教師本身要講好科學精神，更要講好科學，這是樹立學生科學自信的不易之處。在教學過程中，還發現了一些問題需要解決，需要一些技術手段來把握好科學和科學精神之間的關系，對教學過程加以改進。這些問題的解決方案包括：合理運用蛋白質數據庫中的數據，將其運用于教學設計和課件；啟動藥物發現史課程建設；建設基本的結構生物學實驗教學平臺，如基因的克隆和表達、純化；建設結構生物學科研平臺，如X 射線衍射平臺、共晶機器人，特別是冷凍電鏡；加快虛擬篩選、藥物設計學軟件平臺的購買和使用；與國內外著名制藥企業交流合作，解決遇到的實質性問題。