世界著名化学家

世界著名化学家——庄小威

投稿作者 漂泊

庄小威,著名生物物理学家,哈佛大学化学与化学生物、物理学双聘教授。她拥有美国国家科学院院士、美国艺术与科学学院院士、中国科学院外籍院士等诸多荣誉。她发展并推广了单分子生物探针进行超高分辨生物成像技术(STORM技术),使得光学显微镜分辨能力接近纳米尺度。该技术极大的推动了对体外及活细胞中的生物分子及其分子组装过程的研究,她因此获得了2003年的麦克阿瑟天才奖。庄小威教授是超高分辨生物成像及检测领域的领军人物,STORM技术的发明及其商业应用极大的促进了世界范围内的生物医学研究。[1-2]

 

经历

1987年中国科技大学少年班;

1991年美国加州大学伯克利分校物理博士;

1996年斯坦福大学博士后,师从朱棣文

2001年哈佛大学先后担任助理教授、副教授;

2005年美国霍华德·休斯医学研究所研究员;

2006年哈佛大学化学和物理双学科正教授,

并在哈佛大学建立了以自己名字命名的单分子生物物理实验室;

2012年当选为美国国家科学院院士;

2015年当选为中国科学院外籍院士

 

所获荣誉

1991年   Bernice Teuteberg Memorial Scholarship, University of California

1992年   George C. and Helen N. Pardee Scholarship, University of California

1993年   Victor F. Lenzen Memorial Scholarship, University of California

1997年   Chodorow Postdoctoral Fellowship, Stanford University

2000年   美国卫生研究院国家研究个人奖(Individual National Research Service Award, National Institute of Health)

2002年   Young Investigator Award, Office of Naval Research

2003年   美国国家自然基金成就奖(CAREER award, National Science Foundation)

2003年   Beckman青年科学家奖(Beckman Young Investigator Award)(奖金24万美金)

2003年   Searle学者奖(Searle Scholarship)(奖金24万美金)

2003年   麦克阿瑟天才奖(MacArthur Fellowship)(奖金50万美金)

2003年   Packard Fellowship for Science and Engineering

2003年   CAREER award, National Science Foundation

2004年   Technology Review Worlds Top 100 Young Innovators Award

2004年   Gunnar and Gunnel Kallén Lecturer, Lund Univeristy, Sweden

2004年   Jean-Franois Lefèvre Lecturer, Ecole Supérieure de Biotechnologie de Stansbourg, France

2004年   Alfred P. Sloan Research Fellowship

2005年   Camille Dreyfus Teacher-Scholar Award

2005年   Howard Hughes Medical Institute Investigator

2007年   美国化学学会纯化学奖(Pure Chemistry Award)

2008年   Coblentz Award

2008年   HHMI collaborative Innovation Award

2010年   马克斯·德尔布吕克生物物理奖(Max Delbruck Prize in Biological Physics)

2011年   赛克勒国际生物物理学奖(Raymond & Beverly Sackler International Prize in Biophysics)

2014年   生物科技领域世界技术奖(World Technology Award for Biotechnology)

2015年   宾夕法尼亚大学纳米/生物界面研究中心优秀研究奖(Research Excellence Award)

2015年   英国王室显微镜学会皮尔斯奖(Pearse Prize, Royal Microscopical Society)

2015年   美国科学院分子生物学奖(National Academy of Sciences Award inMolecular Biology)

2016年   斯德哥尔摩大学荣誉博士(Doctor of Philosophy Honoris Causa)

2017年   瑞典卡罗林斯卡学院伦纳特·尼尔森奖(Lennart Nilsson Award)

2017年   匹兹堡分析化学奖(Pittsburgh Analytical Chemistry Award)

 

主要研究工作

1、超分辨荧光显微镜(STORM技术)

由于衍射现象的存在,利用光学显微镜观察尺寸很小的物质存在一个衍射极限,这被称为阿贝极限,普通的光学显微镜的衍射极限为200nm,这与细胞的尺寸相似,但是无法实现对细胞内更精细结构的观测。

为了实现对细胞内更精细结构的超高分辨检测。2006年底,庄小威课题组发明了一种可以用来研究细胞内源蛋白的超分辨率定位的方法(STORM技术)。他们发现不同的波长可以控制化学荧光分子Cy5 在荧光激发态和暗态之间切换,例如红色561nm的激光可以激活Cy5发射荧光,同时长时间照射可以将Cy5 分子转换成暗态不发光;之后用绿色的488nm激光照射Cy5 分子时,可以将其从暗态转换成荧光态,而此过程的长短依赖于第二个荧光分子Cy3 与Cy5 之间的距离。因此,当Cy3 和Cy5 交联成分子对时,具备了特定的激发光转换荧光分子发射波长的特性。将Cy3 和Cy5 分子对胶联到特异的蛋白质抗体上,就可以用抗体来标记细胞的内源蛋白质。应用特定波长的激光来激活探针,然后应用另一个波长激光来观察、精确定位以及漂白荧光分子,此过程循环上百次后就可以得到最后的内源蛋白质的高分辨率影像。利用该技术,可以实现对细胞精细结构的超高分辨检测,该方法和STED技术以及PLAM技术一起,将光学显微技术的衍射极限又缩小了几个数量级,极大的促进了生物医学的研究。[3]

 

STORM技术原理及成像结果

 

2、单分子生物学检测

庄小威课题组利用单分子荧光成像技术和其他光谱技术队在体外对复杂的生物分子系统进行了一系列研究。她们利用高度敏感的距离依赖荧光共振能量转移(FRET)对单分子尺度上的结构变化进行了检测,同时也对复杂生物体系中的动力学机制进行了研究。利用单分子成像技术,她们也对细胞中蛋白质与核酸的相互作用进行了一些研究,如研究DNA复制,蛋白质翻译等重要的生理过程,并实现了对它们组装过程的成像分析。此外,一些染色体和酶的结构以及它们的相互作用机制也得到了检测与分析。[3]

 

代表性论文

[1]Boettiger A N, Bintu B, Moffitt J R, et al. Super-resolution imaging reveals distinct chromatin folding for different epigenetic states[J]. Nature, 2016, 529(7586): 418.

[2]Sigal Y M, Speer C M, Babcock H P, et al. Mapping synaptic input fields of neurons with super-resolution imaging[J]. Cell, 2015, 163(2): 493-505.

[3] Hwang W L, Deindl S, Harada B T, et al. Histone H4 tail mediates allosteric regulation of nucleosome remodelling by linker DNA[J]. Nature, 2014, 512(7513): 213.

[4] Xu K, Zhong G, Zhuang X. Actin, spectrin, and associated proteins form a periodic cytoskeletal structure in axons[J]. Science, 2013, 339(6118): 452-456.

[5] Berk V, Fong J C N, Dempsey G T, et al. Molecular architecture and assembly principles of Vibrio cholerae biofilms[J]. Science, 2012, 337(6091): 236-239.

其他参考文献

[1]https://www.aps.org/programs/honors/prizes/prizerecipient.cfm?last_nm=Zhuang&first_nm=Xiaowei&year=2010

[2]https://english.tau.ac.il/sackler_prize_in_biophysics_past_laureates

[3]http://zhuang.harvard.edu

 

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Peng Li

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