后基因组时代，“生命蓝图”的绘制已初现端倪。
生物大分子及其复合体作为生命活动的“执行者”，其功能与结构是破解生命奥秘的关键。然而，对于生物体如何实现自身这一最为复杂、最为精密的“机器”的正常运转，人类仍知之甚少。
由“一三五”学科布局凝练，在中国科学院、科技部和国家自然科学基金委的稳定和持续的支持下，中国科学院生物物理研究所以“生物超大分子复合体的组装调控与细胞生命过程关系”为核心科学问题，围绕真核细胞膜蛋白、染色质结构与细胞命运决定、感染与免疫的结构基础等前沿方向，开展了一系列研究。
其中，开展了真核细胞膜蛋白结构与功能研究，解析了高等植物光合膜蛋白及其复合体的三维结构，阐明了跨膜信号传递重要蛋白质的结构基础；研究从染色质结构到细胞命运决定的分子机理，阐明了30纳米染色质纤维超分子复合体的组装和调控机理；对感染与免疫的结构基础的研究，解析了全病毒颗粒的原子分辨率结构、炎症小体、新型病毒的核蛋白-RNA复合体结构。
解析“螺线管”结构
2014年，根据中科院“一三五”规划，生物物理所凝练研究方向，集中资源支持三个突破和五个培育方向。其中，“30纳米染色质纤维超分子复合体的组装和调控机理”就属于突破方向之一——“真核膜蛋白和蛋白质复合体结构与功能关系”。
在教科书中，30纳米染色质纤维被描述为“螺线管”，但该结构从未被正式以结构生物学手段得到解析。这不仅成为最基本的分子生物学问题，也是目前为止最有挑战性的结构之一。
生物物理所的科研团队利用冷冻电镜三维重构技术，通过艰苦攻关，在国际上首次解析了DNA和蛋白质折叠形成的30纳米染色质的高清晰三维左手双螺旋高级结构。这也成为继DNA结构解析后，在理解染色质如何装配问题上迈出的重要一步，解决了染色质到底是单股纤维还是双股纤维这个根本性的问题。
2014年4月25日，“染色质左手双螺旋高清晰三维结构”成果，被国际著名期刊《科学》以长幅研究论文形式进行报道。
捕光复合物新突破
自然界的光合作用是由一系列镶嵌在光合膜上的蛋白色素复合物协同配合实现的。对于这些蛋白复合物的精确三维结构的研究，将对阐明光合作用的分子机理，并以此为基础利用、模拟光合作用，实现“人工光合作用”有重要意义。
植物光合作用的原初反应是从捕光开始的。在光系统II核心复合物的外周，有一个复杂而高效的捕光天线系统，它由位于最外周的主要捕光复合物LHC-II和位于LHC-II与反应中心之间的次要捕光复合物CP29、CP26和CP24共同构成。
其中，CP29是最大的蛋白，它不仅捕获太阳能并将能量高效传递到反应中心，还在LHC-II与反应中心之间的能量传递中起到桥梁作用。但多年来，国际上一直没能解析CP29的晶体结构。
中科院生物物理所研究团队在国际上率先完成了菠菜主要捕光天线复合物LHC-II、次要捕光复合物CP29、植物光保护蛋白PsbS的高分辨率晶体结构解析工作，首次发现了一种新型的膜蛋白三维结晶方式，因此获得国家自然科学奖二等奖。
Cascade复合物的结构解析
成簇的、有规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）和它的辅助蛋白（Cas）构成CRISPR/Cas系统，其以一种类似于真核生物RNA干扰的作用机制，在原核生物抵抗入侵的噬菌体和质粒的防御系统中发挥着重要作用。
CRISPR-Cas系统分为三个类型，大肠杆菌CRISPR/Cas系统属于I-E型，由5种Cas蛋白组成的11个亚基以及一段61个核苷酸的成熟crRNA（CRISPR RNA）组成的Cascade复合物。
生物物理所的研究团队发现，Cascade复合物的质量约为405kDa，外观上呈现出近似于“海马”的结构。通过进一步深入研究，科研人员获得了分辨率为3.05 ??的X射线晶体结构，为研究Cascade如何发挥功能提供了重要依据。研究的相关成果发表于《自然》《美国科学院院刊》等国际学术期刊。
细菌膜脂分子生成及膜蛋白组装
脂多糖又称内毒素，它不仅是革兰氏阴性细菌外膜的主要组成成分, 也是导致炎症和人体天然免疫反应的主要原因。
100多年来，科学家们对细菌脂多糖在胞质中的合成已经有了很深入的了解，其中，LptD-LptE膜蛋白复合体可以说是革兰氏阴性细菌存活的“命门”。
生物物理所的科研团队通过几年努力，在激烈的国际竞争中，成功地解析了致病菌福氏志贺菌来源的分子量约为110000道尔顿的LptD-LptE膜蛋白复合体2.4 ??的高分辨率晶体结构，由此阐明了细菌脂多糖分子跨外膜转运与组装机理、革兰氏阴性细菌表面淀粉样纤维的生成机理，并初步揭示了新生β-桶状膜蛋白插膜生成机理，以及细菌将防御屏障的重要元件脂多糖运送到外膜上的机制，为开发出靶向细菌外膜的新抗生素策略开启了大门。
小RNA病毒感染和致病的分子机制研究
此外，生物物理所研究团队在小RNA病毒研究领域也取得了一系列重要的突破。
对于小RNA病毒感染和致病分子机制的研究，不仅揭示了手足口病病毒、甲型肝炎病毒等感染的分子机制，开发出了抑制病毒感染的特效抑制剂，更引领了国际相关领域的研究方向，为新型药物和疫苗研发提供了结构基础，为重大传染性疾病的防控提供了重要的科学依据。■