丁玮

简介:

工作经历：

2025—至今    主任工程师 中国科学院物理研究所 软物质物理实验室

2017—2025   副主任工程师 中国科学院物理研究所 软物质物理实验室

2013—2017   高级工程师&高级技术主管 中国科学院生物物理研究所 生物成像中心

2011—2013   博士后       中国科学院生物物理研究所  生物大分子重点实验室

 

教育背景：

2008—2011   物理学博士      中国科学院物理研究所     凝聚态物理   

2005—2008   物理学硕士      西南大学                          理论物理    

2001—2005   物理学学士      西南师范大学                   物理学

主要研究方向:

1）基于四代同步辐射光源的生物大分子晶体数据处理方法；

2）基于自由电子激光单颗粒衍射成像的快速取向解析与相位恢复算法；

3）基于冷冻电镜成像技术的生物大分子数据处理方法；

4）结构生物学的网络化应用平台；

过去的主要工作及获得的成果:

专职从事X射线晶体学和冷冻电子显微学的方法与程序研究，所研发的数据处理程序已被国际知名组织CCP4（Collaborative Computational Project No. 4）和PDB（Protein Data Bank）收录，并被国内外多家大型设备应用平台列为官方指定软件，还曾多次担任CCP4国际研讨班、同步辐射中心研讨班的授课讲师。相关研究工作已发表期刊文章50余篇，其中一作或通讯（含共一和共通讯）共计20余篇，含Nature、Nature Plants、Nature Metabolism、Nature Communications、IUCrJ等国际知名杂志。曾获得国家自然科学基金委员会面上项目、中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目、物理所关键技术人才项目等项目支持。

代表性论文及专利:

方法学研究

1    Ding, W.*$, Zhang, T., He, Y., Wang, J., Wu, L., Han, P., Zheng, C., Gu, Y., Zeng, L., Hao, Q. & Fan, H. IPCAS: a direct-method-based pipeline fro m phasing to model building and refinement for macromolecular structur e determination. Journal of Applied Crystallography, 53, 253-261 (2020).

https://doi.org/10.1107/s1600576719015115

论文要点：推出了基于直接法方法的自动化结构解析流水线IPCAS，同时入选CCP4和PDB软件列表。并以此为基础，与北京光源合作，全力打造应用于同步辐射光源的实时数据处理软件AutoPD。

2    Cheng, Y., Huang, X., Xu, B. & Ding, W.$ AutoEMage: automatic data transfer, prepr ocessing, real-time display and monitoring in cryo-EM. Journal of Applied Crystallography, 56, 1865-1873 (2023). https://doi.org/10.1107/s1600576723008257

论文要点：首次实现冷冻电镜单颗粒数据从传输到三维密度构建的全自动作业。

3    Li, Z., Fan, H. & Ding, W. $ Solving protein structures by combining structure prediction, molecular replacement and direct-methods-aided model completion. IUCrJ, 11, 152-167 (2024). https://doi.org/10.1107/S2052252523010291

论文要点：将结构预测模型与IPCAS程序的结合，大幅提升结构解析的成功率。

4    Fu, X., Geng, Z. $, Jiao, Z., Ding, W.$ A modified phase-retrieval algorithm to facilitate automatic de novo macromolecular structure determination in single-wavelength anomalous diffraction. IUCrJ, 11, 587-601. (2024). https://doi.org/10.1107/S2052252524004846 

论文要点：提出了一种基于相位恢复算法的大分子亚结构解析方法，打破了国外在该领域的垄断，同时也为IPCAS软件加入了重要的运行模块。

5   Jiao, Z., He, Y., Fu, X., Zhang, X., Geng, Z$., Ding, W.$ A predicted model-aided reconstruction algorithm for X-ray free-electron laser single-particle imaging. IUCrJ, 11, 602–619 (2024). https://doi.org/10.1107/S2052252524004858 

论文要点：提出一种自由电子激光衍射数据取向确定和相位恢复的新方法研究，实现国内自由电子激光单颗粒衍射分析方法零的突破。

6   Jiao, Z., Geng, Z., Ding, W.$.  A predicted model-aided one-step classification–multireconstruction algorithm for X-ray free-electron laser single-particle imaging. IUCrJ, 11, 891–900 (2024). 

https://doi.org/10.1107/S2052252524004858

论文要点：提出了一种基于结构预测的单颗粒衍射成像分类-重构算法，用于混合衍射图的分类和取向解析。

7   Zhang, X., Sun, H., Hu, Y., Li, Z., Geng, Z., Gao, Z., Hao, Q.*, Qi, F.* & Ding, W.$, AutoPD: an integrated meta-pipeline for high-throughput X-ray crystallography data processing and structure determination. Journal of Applied Crystallography, 58, 746-758 (2025). https://doi.org/10.1107/S1600576725003218

论文要点：打造了一款具有核心知识产权、适用于新一代同步辐射光源的高通量晶体衍射数据处理与结构解析软件AutoPD, 并已部署在北京光源的Daisy系统中，将为广大的线站用户提供高效的数据处理与结构解析服务。

 

结构分析

8    Song, X.*, Shi, Y.*, Ding, W.*, Niu, T., Sun, L., Tan, Y., Chen, Y., Shi, J., Xiong, Q., Huang, X., Xiao, S., Zhu, Y., Cheng, C., Fu, Z. F., Liu, Z. J. & Peng, G. Cryo-EM analysis of the HCoV-229E spike glycoprotein reveals dynamic p refusion conformational changes. Nature Communications, 12, 141 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20401-y

论文要点：利用自主研发的方法与软件，实现多构象蛋白密度的准确筛选，辅助完成冠状病毒刺突糖蛋白的结构解析，揭露了其通过与宿主受体结合来介导病毒进入宿主细胞的机制。

9    Wang, J.-L.*, Dou, X.-D. *, Cheng, J. *, Gao, M.-X. *, Xu, G.-F. *, Ding, W. *, Ding, J.-H., Li, Y., Wang, S.-H., Ji, Z.-W., Zhao, X.-Y., Huo, T.-Y., Zhang, C.-F., Liu, Y.-M., Sha, X.-Y., Gao, J.-R., Zhang, W.-H., Hao, Y., Zhang, C., Sun, J.-P., Jiao, N. & Yu, X. Functional screening and rational design of compounds targeting GPR132 to treat diabetes. Nature Metabolism, 5, 1726-1746 (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00899-4

论文要点：利用自主研发的方法与软件，实现了蛋白配体密度的准确捕捉，完成GPCR蛋白-配体的结构解析，发现了治疗糖尿病的潜在新型化合物。

10    Ruan, M., Li, H., Zhang, Y., Zhao, R., Zhang, J., Wang, Y., Gao, J., Wang, Z., Wang, Y., Sun, D.$, Ding, W.$ & Weng, Y.$ Cryo-EM structures of LHCII in photo-active and photo-protecting state s reveal allosteric regulation of light harvesting and excess energy d issipation. Nature Plants, 9, 1547-1557 (2023). https://doi.org/10.1038/s41477-023-01500-2

论文要点：利用自主研发的方法与软件，实现了高分辨蛋白密度的重建，完成捕光天线蛋白LHCII的结构解析，揭示了高等植物LHCII在高效捕光和光保护功能间的切换机理。

11   Gao, X., Shang, K., Zhu, K., Wang, L., Mu, Z., Fu, X., Yu, X., Qin, B., Zhu, H.$, Ding, W.$ & Cui, S.$ Nucleic acid-triggered NADase activationof a short prokaryotic Argonaute. Nature, 625, 822–831 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06665-6

论文要点：利用自主研发的方法与软件，实现了海量数据的高通量处理，在最短的时间内完成Ago蛋白的结构解析，揭秘了细菌与入侵病毒同归于尽的自我毁灭机制。

12    Gao, X., Wang, B., Zhu, K., Wang, L., Qin, B., Shang, K., Ding, W. $., Wang, J.$, and Cui, S$. The EV71 2A protease occupies the central cleft of SETD3 and disrupts SETD3-actin interaction. Nature Communications, 15, 4176. (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48504-w.

论文要点：利用自主研发的方法与软件，实现了晶体和电镜数据的协同处理，完成EV71 2A蛋白的结构解析，发现了肠道病毒与宿主的互作机制。

13   Gao, X., Zhu, K., Wang, L., Shang, K., Hua, L., Qin, B., Zhu, H.$, Ding, W.$, and Cui, S.$. Structural basis for the interaction between human coronavirus HKU1 spike receptor binding domain and its receptor TMPRSS2. Cell Discovery, 10, 84. (2024). https://doi.org/10.1038/s41421-024-00717-5

论文要点：利用自主研发的方法与软件，解析小蛋白的高分辨结构，揭示人类冠状病毒 HKU1 表面刺突受体结合域与其受体 TMPRSS2 之间相互作用的结构基础。

专利和软件著作权：

➢发明专利： 制备附着式冷冻样品的装置及方法，ZL202110504982.8

➢软著：得息镜-AutoEMage 冷冻电镜-单颗粒法的自动化数据监控软件[简称:得息镜-AutoEMage]v1.0，2023SR1073171

➢ 软著：基于扫描电子显微镜的多能量背散射电子图像处理软件[简称，ME PROC]V1.0，2018SR823354

目前的研究课题及展望:

工作规划：

立足于软物质实验室的软硬件条件和各课题组的研究方向，发展应用型的方法与技术，整合软物质实验室的研究团队，申请重大项目，攻克重要的科学问题。未来5年，重点开展以冷冻电子显微学、X射线晶体学和人工智能为基础的方法学研究，打造完全自主化的生物大分子结构计算与分析平台，助力生物大分子动态结构分析技术的发展。

 生物大分子高分辨结构的解析是研究生命问题的基础。物理所的范海福先生和李方华先生早年在X射线晶体学和电子显微学中的研究工作，奠定了结构分析方法的基石。本人前期的工作，也在结构分析的方法学和应用方面获得了理想的成果。随着软硬件技术的发展，新时代的研究重点正从生物大分子静态结构的分析逐渐过渡到其动态过程的研究。

根据蛋白质分子尺度的不同，对其动态过程的研究，有两个主要的侧重方向：

1）针对分子量小于100KD的小型蛋白质，侧重于发展：以X射线晶体学为基础的高通量、高分辨解析方法，在海量解析不同构象的蛋白晶体的同时结合软物质实验室优势的单分子荧光分析技术、AFM技术，实现蛋白分子高分辨动态过程的记录与分析。

2）针对分子量大于100KD的大型蛋白质，侧重于发展：以冷冻电子显微学为基础的单颗粒成像技术、以及断层原位成像技术，同时结合XFEL的常温常压成像技术、单分子荧光分析技术，实现蛋白分子高分辨动态过程的记录与分析。

 

基于现实需求和已有积累，要在上述研究领域抢占先机，具体的方法和技术发展包括：

一：基于冷冻电子显微学的方法学研究，实现多构型大蛋白复合物结构的高分辨解析。

     冷冻电子显微学是大型复合物、膜蛋白的主要结构解析手段。从巨量的颗粒中分类出多种不同构象，并重构其高分辨率结构是了解其动态过程最直接有效的方法，也是当前方法学发展中面临的重要挑战。计划从颗粒挑选，取向识别、构型搜索三个方面，发展相关方法与技术。

    1）基于卷积神经网络图像识别方法，将结构预测以及已有的电镜照片分类数据库作为理想训练集，发展高度智能化的颗粒挑选程序，提高电镜照片的利用率，保障颗粒的总量与质量。

    2）基于人工智能的降噪能力和模板匹配功能，提高样品中弱势取向颗粒的取向识别能力，提升结构重构的精度。

    3）基于结构预测和分子动力学模拟数据，预测样品颗粒中可能存在的构型，并以预测所得重要中间态作为模板，在实验数据中搜索接近的构型，解析尽可能多的中间状态。

二：发展针对四代同步辐射光源的X射线晶体结构分析技术，实现小分子晶体结构的高通量、高分辨解析。

    X射线晶体学方法仍然是解析小分子结构的主要手段。为此，计划以物理所传统的晶体学方法直接法和IPCAS程序为基础，结合四代光源软硬件设备以及人工智能辅助的结构筛样与预测方法，发展适用于小分子晶体的高通量数据处理与结构解析程序，实现对多构型小分子晶体的高效解析，进而为其动态过程的分析，提供结构基础。同时彻底完成结构解析程序的国产替代，为国之重器提供完备的软件支持，并继续保持物理所在该领域的领先地位与权威。

三：针对X射线自由电子激光（XFEL）的方法学研究，捕捉常温常压状态下蛋白分子的瞬时状态。

     XFEL能够对常温常压状态下的蛋白分子进行高频衍射成像，这将为蛋白动态过程的捕捉，提供强有力的数据支持。为此，计划以跨时代的XFEL技术为研究对象，重点发展核心的理论方法与程序，推动该项技术从理论到实用，同时打造一支有战斗力的团队，在XFEL的时代即将到来之际，抢占先机。未来可能的发展方向包括：

    1）基于人工智能图像识别方法，实现XFEL二维衍射照片的快速分类与筛选，大幅度提升衍射图像取向确定的成功率与效率。

    2）引入三维图像快速搜索方法，发展适用于XFEL数据的分子置换方法，为XFEL数据的相位恢复提供新的理论依据。

    3）发展适用于XFEL低分辨电子密度的模型重建与精修方法。

四：以物理所的科研数据中心为开发平台，推动AI For Science应用体系的建设

    人工智能在结构分析领域获得了颠覆性的突破，大量的成果证明，传统方法与人工智能的结合，能够极大地推动研究工作的开展。因此，在新的形势下，我们计划以物理所的科研数据中心为开发平台，基于结构分析领域传统的物理方法和新兴的人工智能技术，打造完备的结构分析科学软件应用体系。同时以前期开发的Panda网络服务器为应用出口，努力构建国内科学软件的研发基地，让全国的研发人员能够形成合力，共同发展并推广重要的学术软件。

培养研究生情况:

已协助课题组培养6名博士和2名博士后。同时欢迎毕设学生、联培学生、科研助理加入研究团队。

电话：
010-82649477

Email:
dingwei@iphy.ac.cn