蛋白质组学是一门新兴但发展迅速的学科，2001年国际人类蛋白质组组织成立之后，蛋白质组研究更是进展迅速并取得了一系列突破性的进展。根据世界生命科学的发展趋势和国家的战略需求，针对我国的蛋白质科学研究现状和需求以及目前的研究技术条件，国家决定建设一个以先进的科学装置和大型设备为基础，以创新技术集成为中心，具备大规模、复合型研究能力的国家级蛋白质科学研究设施。2008年底，国家发展和改革委员会批复同意分别在北京和上海两地同时建设国家蛋白质科学基础设施。出席10月12日~13日在北京举行的以“蛋白质组学：前沿和挑战”为主题的第381次香山科学会议的专家介绍了国家蛋白质科学基础设施的有关情况。
 
北京：凤凰工程
 
国家蛋白质科学基础设施北京基地以蛋白质组学为主，项目法人是军事医学科学院，共建单位是清华大学等。北京设施（简称PHOENIX，凤凰工程）主要对蛋白质组组成及其变化、蛋白质结构、蛋白质功能等进行研究；同时对以生物信息学、蛋白质/抗体制备为核心的支撑体系进行研究，以有效提高蛋白质研究水平，实现数据资源、分析资源与计算资源的系统整合和无缝共享。
 
军事医学科学院贺福初院士介绍，凤凰工程将主要围绕蛋白质科学研究三个层次来设计，即国家蛋白质科学基础设施和其分属的系统：包括蛋白质组分析系统、功能蛋白质组研究系统、结构蛋白质组解析系统、蛋白质组研究核心支撑系统、设施集成管理与控制系统以及各种分系统共三个层次。在具体的工程实施上可细分为“系统—分系统（子系统）—工作线（功能模块）—设备”。每一个分系统由若干工作线组成，工作线由各种生物仪器设备或设备群功能模块，以及数字化集成与控制装备有机集成，建立通量化、集成化、自动化/半自动、信息化的科学仪器群和工作线。
 
其中蛋白质组研究系统主要包括四个分系统：蛋白质组表达谱分析分系统；蛋白质组修饰谱分析分系统；蛋白质组连锁图分析分系统；蛋白质组定位图分析分系统。重点建立完善多维、多模式、通量化、集成化的蛋白质定性定量分析体系、规模化相互作用及其功能研究体系和全方位、立体式的动态蛋白质定位技术体系，揭示人体、动物、植物、微生物在组织（器官）、细胞（亚细胞）和体液（血液、尿液、唾液、脑脊液等）蛋白质组表达，及其翻译后修饰的时空变化和相互作用，系统揭示生物体重要生理功能调控规律和疾病发生发展分子机制，筛选和验证疾病相关的蛋白质标志物、药物靶标和蛋白质药物。
 
贺福初表示，通过凤凰工程的建设和运行，将进一步提升我国蛋白质组学的定性定量分析能力；全方位、多层次大幅提升蛋白质功能研究能力；有效提升全尺度、高精度的蛋白质结构解析能力；整体提升数据处理分析能力；促进我国蛋白质研究持续创新能力迅速提高，实现重点跨越。
 
上海：蛋白质结构研究
 
中国科学院上海生命科学研究院吴家睿研究员介绍，国家蛋白质科学基础设施上海基地将落户上海市浦东新区张江高科技园区，并依托上海浦东张江高科技园区的第三代同步辐射装置——上海光源，围绕着蛋白质结构研究建立相关的研究系统。
 
上海设施将通过自主研制、购置和系统集成的方式，建立蛋白质结构研究的9个系统：包括规模化蛋白质制备系统，蛋白质晶体结构分析系统，蛋白质核磁分析系统，集成化电镜分析系统，蛋白质动态分析系统，蛋白质修饰与相互作用分析系统，复合激光显微镜系统，分子影像系统和数据库与计算分析系统。上海设施将通过这些系统之间的结合与互补，形成实现蛋白质科学研究设施的建设目标中所拟定的五种研究能力，即规模化蛋白质制备能力、多尺度结构分析能力、多层次动态研究能力、整体与定量分析能力和数据库与计算能力。
 
针对蛋白质修饰和定量化分析要求，上海设施的蛋白质修饰与相互作用分析系统将构建一个以质谱技术为核心的分析操作平台，主要包括样本制备模块；蛋白质高分辨鉴定模块；蛋白质修饰规模化分离和定位模块；功能蛋白质及其相互作用定量分析模块等4个模块。该技术系统的建设思路是，发展各种形式的色谱分离方法，在蛋白质水平、肽段水平和修饰水平形成多种兼容互补的色谱分离平台。
 
在蛋白质方面，形成以亲合色谱，离子交换和分子排阻等方法为主的高选择性分离模式；在肽段方面，构建基于微升和纳升规模的多维色谱系统，用于肽段的分级，从而提高蛋白质鉴定覆盖率。在进行高保真样本制备后，首先采用快速的飞行时间质谱仪进行高通量筛选和蛋白质鉴定，再采用串联质谱仪进行肽段序列分析以及关键氨基酸位点的检测，进一步应用具有电子碰撞解离功能的高分辨串联质谱仪进行修饰位点的分析和定位。在肽段水平方面，依赖三级四极杆质谱仪平台，实现肽段的相对定量和绝对定量。在蛋白质水平方面，通过三级四极杆质谱仪和高分辨质谱仪的结合，同时完成蛋白质修饰的规模化鉴定和定量分析。
 
专家表示，国家蛋白质科学基础设施建成后，将按照“开放合作、资源共享”的原则，面向国内科研单位和高等院校的用户开放，开展科学研究和国内外交流。将实行开放、流动、择优的运行机制，努力发展成为一个代表国内最高水平、高度共享、功能强大的面向生物医学以及其他领域的蛋白质科学支撑技术平台，最终建设成为国际性的蛋白质科学研究基地，成为促进国内外科研合作、新产业开发的发源地。
 
蛋白质组学得到广泛应用
 
来自国内外的50多位专家出席第381次香山科学会议，军事医学科学院贺福初研究员、中科院大连化学物理所张玉奎研究员、美国贝勒医学院秦钧副教授担任会议执行主席。
 
与会专家介绍，蛋白质组学的应用日益广泛。蛋白质组学技术的迅速发展，其学术理念和技术方法广泛应用于生命科学各个领域，如疾病发生发展的分子机制研究，疾病生物标志物的发现和验证研究，重大病原体与宿主相互作用机制的研究、药物靶点和候选药物规模化筛选和确证研究、重要农作物农艺性状及其改良措施和生物能源开发等的研究中，蛋白质组学的广泛应用给蛋白质组学的发展提供了更多的需求和发展方向。
 
专家同时指出，随着蛋白质组学的快速发展及其在多个领域中的广泛应用，其技术瓶颈日益凸显，对蛋白质组学技术的发展提出了更高的要求，其重点发展方向也不同程度地发生转变，由一维/二维模式向多维模式转变，由定性研究向定量研究转变，由静态研究向动态研究转变，由体外研究向体内研究转变，数据产出由数量向质量转变，由简单积累向有效整合转变；同时其他领域的通量化技术也逐步应用到蛋白质组学研究中。
 
专家建议，我国应立足国际发展前沿，抓住蛋白质组学发展的新契机，加强蛋白质组学新技术新方法的研究，实现我国蛋白质科学与技术领域的跨越式发展，为我国经济社会的全面、协调、可持续的发展提供强大的科学技术原动力和战略性基础性支撑。