著名生物学家施一公

“科学家应该有担当”

来源:人民日报海外版 2014-9-12 顾淑霞

  施一公,1967年生,清华大学教授,“千人计划”首批国家特聘专家,中国科学院院士,美国科学院外籍院士,美国人文与科学院外籍院士。2008年全职回国前,为美国普林斯顿大学终身讲席教授。曾获瑞典皇家科学院爱明诺夫奖等多个世界科学领域重要奖项。

  这是一场全球生命科学领域持续数十年最激烈的赛跑,中国科学家施一公以一次完美的撞线赢得了胜利。

  人类曾经花了很大气力寻找老年痴呆症的起因,终于找到γ-分泌酶这个“罪魁祸首”,可一直以来的结构研究却屡屡碰壁。在结构决定功能的科学世界里,如果连这个蛋白长什么样都看不见,就很难解释它的发病机理,更别提药物研究了。因此,获得γ-分泌酶复合物的三维结构,成为全球生命科学领域最热门的研究课题之一。

  2014年6月29日,英国《自然》杂志以长文形式在线发表了一个让全世界顶尖生物学家都为之一震的“惊人发现”。7月3日,清华大学生命科学院院长施一公就这一发现召开了他“有生以来的第一次新闻发布会”,他略显羞赧激动地宣布:人类首次看到了人源γ分泌酶复合物的真实形状、组成和几乎所有的二级结构!他说:“这是我科学生涯里迄今为止最耀眼的成果。”

把攻克世界级难题的梦想带回清华

  阿尔茨海默症,又称老年痴呆症,是一种神经退行性疾病。据统计,该症已是发达国家花费最高的疾病之一,我国目前约有500万该症患者,占世界发病总数的1/4。而到2050年,估计全球每85人就有1人罹患该病。20世纪90年代末,科学家知道了人源γ分泌酶复合物是其致病蛋白,但几十年来,却从未有人看清它到底“长成什么样”。

  早在2004年,还在普林斯顿大学任教的施一公就把目光锁定了这个全球科学家都“心照不宣”的结构生物学制高点,但研究工作却始终停留在初级阶段,“人源γ-分泌酶很难获得,只能在果蝇、线虫等类似物结构中做,一点儿进展都没有,非常痛苦”。

  2008年回国后,施一公迅速组建实验团队,也把攻克这个世界级难题的梦想带回了清华。 这是一个除导师施一公外,完全由年轻博士生组成的团队。27岁的年轻博士生马丹和26岁的卢培龙是夫妻,此外,还有清华大学在读博士生谢田、闫创业、孙林峰、杨光辉、赵燕雨和周瑞,以及远在伦敦求学的清华毕业生白晓晨。

  要进行结构鉴定,最关键的一步是获得纯度高、化学性质均一稳定、有活性的人源γ-分泌酶。但它存在于人脑中,根本不可能从人体中取样。如何把这个蛋白表达出来,是最难的突破点。于是,施一公把学生分为3个小组。他们泡在实验室里,从细菌、酵母、昆虫细胞等多个表达系统中寻求突破,并最终选择了哺乳动物表达系统。

  经过大量系统的尝试,以及对表达和纯化方法的不断改造和优化,历经数年,他们最终利用瞬时转染技术在哺乳动物细胞中成功过量表达并纯化出纯度好、性质均一、有活性的γ-分泌酶。通过与英国MRC分子生物学实验室合作,对获得的复合物样品进行了冷冻电镜分析和数据收集,最终获得了分辨率达到4.5埃的γ-分泌酶复合物三维结构。

  “好比国外科学家在100米外看一个馒头,而我们在5米外看一个馒头。相比此前的外国科学家只能将该蛋白酶解析到12埃的分辨率,我们的成果让世界科学界对阿尔茨海默症的研究向前跨出关键性的一步。”施一公解释说。

  在学生们眼中,施一公是一个永远给他们“打鸡血”的老师:当学生们一大早走进实验室,施老师就等在那里,兴致勃勃地准备与学生讨论课题。一个看起来简单的生化结果,会突然激发他无限的灵感。“每次遇到困难的时候去找他,都会从他那里获得无限的激情,什么灰心丧气都没有了。”学生们说,“施老师不仅教给我们科研的方法,更让我们学会了科研的态度,那就是坚持、协作和担当。”

  每天都有一种强烈的“不安全感”的他,总是向学生强调从事基础研究应有的担当。“基础研究是一个国家腾飞的引擎,全世界都在为科学研究争分夺秒。科学发展这么快,你在科学上的作为在哪里?你对国家的贡献又在哪里?”

时刻保持拼搏的警醒和担当

  2008年,施一公放弃美国优厚的生活待遇和科研条件,全职回到母校清华大学工作。作为享誉世界的结构生物学家,施一公的回国在学术界引起震动,《纽约时报》这样报道施一公的回归:“施一公和其他顶尖科学家的回归是一种信号,中国在拉近和发达国家科技鸿沟的时间上,比许多专家预期得要快。”

  如今,施一公和他的同事们,以一个又一个的重大科研成果,让这个预言变成了现实。

  几年来,施一公在细胞凋亡、重要膜蛋白的结构与功能、具有重要生理功能的大分子机器组装及调控等三个生命科学前沿领域,取得一系列世界瞩目的重要原始创新成果,在《自然》、《科学》、《细胞》三大国际顶级的期刊上发表了15篇学术论文。其研究成果于2012年被美国《科学》“年度十大进展”重点引用并入选“2012年中国科学十大进展”。清华大学的生命科学学科从只有40多个独立实验室增加到了120多个;被他引进到清华全职工作的世界范围的优秀人才多达70余名。

  施一公说,今天所有的成就,是他自己在回国前都“始料未及”的。“当时也有过很多担心,担心学生质量,担心科研设备。但现在,我可以毫不犹豫地说,实验室的总体水平、做科研的深度、系统性等,已经全面超过我在普林斯顿最鼎盛时期的水平。”现在,他的心情“前所未有的舒畅”。“中国正处在一个民族复兴的伟大时刻,科学家理应去私心、敢担当、有作为,把个人奋斗与国家发展紧密联系起来。我希望能在自己年富力强的时候为祖国健康工作至少30年。”施一公如是说。

  如今的他,尽管已经站在了全世界结构生物学研究的制高点上,却仍然时刻保持着拼搏的警醒和担当。回到清华的这几年,施一公的工作状态可以用“疯狂”两个字来形容,每天睡眠基本不超过6小时。“如果不这样,对不起回国后注视我的眼睛。”他说。

  “我们的目标是得到更高分辨率γ分泌酶复合物的结构,这样就可以根据结构来设计药物分子,这是一种愿景吧。”

  “不能只把眼光盯在现在的成功上。别忘了,中国的整体创新力还只排在世界20多名。要是在所有的科研领域都能取的令人惊叹的成就,那我们的国家就真的不得了了。”施一公说。

2014年09月12日 14:12:50  清华新闻网

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