李洪杰, PhD助理教授 研究员 博士生导师

光是生命最重要的信息来源之一，也是研究蛋白质动态过程的天然探针。我们的研究致力于在原子分辨率下解析光如何驱动蛋白质运动，并揭示光信号产生与传递的分子机制。

生命活动中的许多关键过程都始于光信号的感知与转换。从微生物到人类，光受体蛋白能够将光能转化为生物信号，参与视觉形成、光合作用、生物钟调控、趋光运动以及细胞信号传导等重要生命活动。然而，光激发后的原子运动如何逐步传递，并最终产生生物学功能，仍然是生命科学领域的重要科学问题。

本课题组围绕光受体蛋白的结构、动态与功能开展研究，以结构生物学为核心，结合时间分辨X射线自由电子激光（XFEL）、冷冻电镜和X射线晶体学等研究手段，解析光受体蛋白在不同功能状态下的三维结构，捕获光激发过程中瞬时中间态，揭示光信号感知、传递与功能调控的分子机制。我们希望突破传统静态结构研究的局限，从动态结构的角度理解生命过程，并为光遗传学、荧光探针和光控生物技术的发展提供理论基础。

目前课题组主要围绕以下三个方向开展研究：

1. 光受体蛋白的结构与信号转导机制

光受体蛋白广泛存在于细菌、植物和动物中，是生命体感知外界光环境的重要分子基础。课题组以微生物视紫红质（Microbial Rhodopsins）、蓝细菌光受体（Cyanobacteriochromes, CBCRs）以及动物视觉相关光受体等为主要研究对象，解析其不同功能状态下的高分辨率结构，阐明光诱导构象变化、颜色调控（Color Tuning）及信号传递的结构基础，揭示不同类型光受体在进化过程中形成多样化功能的分子机制。

2. 时间分辨结构生物学

蛋白质并非静止的分子机器，而是在不断运动中完成其生物学功能。本课题组利用X射线自由电子激光（XFEL）等先进大科学装置，发展时间分辨结构生物学方法，捕获蛋白质在飞秒至毫秒时间尺度上的瞬时结构变化，解析光激发和酶催化过程中的关键中间态，构建蛋白质工作的动态结构图景（Molecular Movies），揭示结构变化与生物学功能之间的因果关系。

3. 光响应蛋白的理性设计与应用

基于对光受体结构和动态机制的理解，课题组进一步开展光响应蛋白的理性设计与功能优化。通过蛋白质工程改造光受体的光谱性质、稳定性及功能特性，探索其在近红外荧光成像、光遗传学以及人工光调控系统等领域的应用，为新型光功能蛋白和生物工具的开发提供结构基础和设计策略。