近日，休·奧尼爾(Hugh O'Neill)，一位對自然界復雜性充滿好奇的科學家，在美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究中，正使用強大的中子束深入探索生物材料的微觀領域，以期揭示更高效生產國內生物燃料和生物產品的秘密。

休·奧尼爾 (Hugh O'Neill) 從事植物細胞壁研究，該研究屬于美國能源部溶劑破壞生物質和生物膜科學重點領域，他還是 ORNL 結構分子生物學中心主任。圖片來源：Genevieve Martin/ORNL，美國能源部

作為ORNL結構分子生物學中心(CSMB)的主任，奧尼爾負責管理中子科學能力，這一能力使得研究人員能夠以非破壞性的方式探測納米級活細胞和蛋白質的結構和行為。CSMB是美國能源部科學辦公室生物和環境研究計劃的十個結構生物學和成像資源之一，其核心是生物小角中子散射儀(Bio-SANS)，這是同類儀器中唯一一款專門用于研究生物樣本的中子儀器。

奧尼爾與CSMB的淵源始于2010年，當時他利用Bio-SANS探索參與植物光合作用的蛋白質。此后，他一直致力于使用該儀器和計算機模擬來研究植物材料發酵過程中的分子過程。他的研究部分由美國能源部溶劑破壞生物質和生物膜科學重點領域(生物燃料SFA)資助，該領域旨在提供關于溶劑如何改變植物細胞壁和微生物膜的結構和排列以提高生物燃料產量的基本見解。

奧尼爾的研究主要集中在植物細胞壁的分解、組裝以及纖維素的合成上。他對內在無序蛋白質(變形蛋白質)特別感興趣，這些蛋白質因其柔韌性而能促進一系列細胞過程，如應激反應。科學家們正在探索這些蛋白質是否能被利用來改造更適合高效生物燃料生產的植物。

小角度中子散射非常適合研究這些靈活、無序蛋白質的動態組裝。利用中子，奧尼爾及其團隊可以看到無序蛋白質組裝的整體大小和形狀，并將這些數據輸入到計算模擬中，從而獲得揭示蛋白質結構和功能完整圖像的模型。

通過專注于利用中子進行植物細胞研究，奧尼爾及其同事展示了ORNL支持生物科學的更廣泛能力。他們的成果包括專注于更好的植物基建筑材料、電子產品和包裝以及生物醫學應用的項目。這些成果得益于ORNL先進的中子能力可供美國能源部科學辦公室用戶設施的研究人員使用。

自2018年以來，奧尼爾一直領導CSMB，并最近監督了機器人系統和定制軟件的安裝，以提高Bio-SANS的生產率。新系統使儀器可以自動測量的樣本數量增加了四倍，從而加速了科學發現。此外，該儀器還升級了三個探測器，使Bio-SANS能夠在一次測量中捕獲樣本的整個空間尺度。

奧尼爾的科學生涯始于愛爾蘭，他在都柏林大學獲得生物化學學位，并在本科期間對研究產生了濃厚興趣。1998年，他以博士后研究員的身份來到ORNL研究生物燃料電池，并于2005年被聘為研究員。在CSMB，他與物理學家、化學家、結構生物學家、生物化學家和計算科學家一起工作，享受著ORNL的協作性質帶來的廣闊視野。

對于年輕科學家，奧尼爾的建議是為自己辯護，尤其是在研究生階段，并嘗試國家實驗室的用戶設施，利用多學科環境進行研究。他強調，不必成為所有領域的專家，同事將幫助設置實驗并處理數據。