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中国如何走向世界科学前沿:解码元英进团队
2017-04-01 10:17
作者:袁全 张建新 贾钊
来源: 特写中国
从到外国实验室打工的学生,到逐渐可以承担任务,再到现在进入世界合成基因组研究第一方阵,中国科研工作者从学习经验到贡献智慧,最终赢得了世界的尊重。

 

元英进教授(中)与团队成员吴毅(左)、谢泽雄在天津大学化工学院实验室内交流。(2013年1月5日 摄)新华社 发 

 

作者:袁全 张建新  贾钊 

“大姑娘上轿——头一回!”一家中央媒体今年3月10日在一篇科学报道中发出这样的感叹。

这一天,国际顶尖学术期刊《科学》以封面文章形式发表了中国科学家的四篇论文。来自天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院的中国科研团队在论文中宣布,他们完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的设计与化学合成。
 

 

《科学》杂志封面文章就是合成酵母染色体的研究。 

这意味着,中国成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。消息一出,立刻在中国的新媒体上“刷屏”了。

其中,元英进教授领导的天津大学团队合成了第5号和第10号染色体。同样引人注目的是,涉及上述染色体的两篇论文的第一作者都是年轻人:27岁的谢泽雄和28岁的吴毅。

两人第一次知道“基因”是在2000年——中国提前完成国际人类基因测序计划中1%的任务。当时才十岁出头的他们没有想到,十几年后,他们参与的中国研究团队,把人类解开生命密码的水平又推进到了新的高度。

“如果基因组测序是‘读懂生命密码’,基因组合成就是在‘编写生命密码’,从读到写,是一个巨大的飞跃。”中国科学院院士杨焕明说。他曾是国际人类基因组单体型图(HapMap)计划协作组中国协调人,也是深圳华大基因研究院团队的领导者。

 

命运共同体

2000年,当人类基因组计划“工作框架图”完成时,生命有了一种全新的解析方式。彼时,互联网蓬勃发展,新浪、搜狐等中国门户网站纷纷在美国上市。互联网浪潮席卷全球。

化工专业出身的元英进意识到生命科学的研究将势不可挡。他设想,生物学是否也可以像互联网一样,让不同学科背景的人都参与其中,尽可能扩展它的用途,更好地造福人类?

 

元英进教授(天津大学供图) 

在查阅大量国外论文,屡次拜访世界顶级大学实验室之后,他把研究方向锁定在合成生物学上。

“我跑到美国的实验室里待了一整天,看研究人员如何合成一条酵母染色体,回来之后我就下决心要抓住这个契机。”元英进对新华社记者说。

回国后,他在不同场合介绍、鼓励加强合成生物学的研究。不过,很多人心存疑虑,认为“合成”就是“复制”,没有前途。

在元英进看来,人工合成染色体的价值,在于实现对基因的控制。比如,对一些无用有害的基因可以进行删除、修复,为人类面临的能源短缺、环境污染还有医学难题等提供可能。

不过,要探索这一领域确实挑战巨大。2010年,美国科研人员首次将人工合成的基因组植入一个原核细菌,开启了化学合成生命的研究大门,其中,用一年的时间才发现并修正一个碱基突变的错误,难度可想而知。但此后的研究难度更大,因为相比原核生物,动物、植物、真菌具有的真核生物生命形式更加复杂。美国科学家从2007年开始染色体合成的尝试,2014年完成构建第一条真核染色体。

2010年,美国科学院院士杰夫·伯克(Jef Boeke)发起酒酿酵母基因组合成计划(Sc2.0),并寻求国际合作,希望各国科学家一起贡献智慧,分担经费。
  

美国化学生物学博士 纽约大学教授杰夫·伯克 (美国纽约大学网站截图) 

伯克曾经向美国多个实验室发出合作的邀请,但鲜有人表示兴趣。“他们认为这种研究很疯狂,是在浪费钱。”他在回复新华社记者的采访邮件中说。

但中国科学家作出了积极反应——元英进最早加入这一计划,随后,英国、法国、新加坡等国家的科研团队也相继加盟,开始对酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。

“我们是命运共同体,”元英进说,“事实证明,如果关起门来,即便有现在超过十倍的付出,也未必能取得今天的成绩。”
 

 

天津大学元英进团队(天津大学供图)  

2010年,中国超过日本跃居世界第二大经济体。在2011年开始的第十二个科技五年规划中,合成生物学与暗物质等被列为中国重点发展的前瞻性科学研究。2012年,元英进作为首席专家牵头了国家级高技术发展计划——863计划“合成生物技术”项目。

 

从学习者到贡献者

如果说合成一条染色体是“盖一座大厦”,那么,2011年以前中国研究者的工作就像是做“砖”。以后来者身份加入的中国科研人员,起初是没有足够信心和勇气去做“地基”的。

2012年,元英进把美国霍普金斯大学“构建基因组”(Build-A-Genome)的课程引进到天津大学,组织在北京召开合成染色体的论坛,并开始派学生前往美国实验室学习。

“我们的合作是双向的,”杰夫·伯克说,“中国科研工作者贡献了很多智慧,包括这次在《科学》上发表的成果论文。”
 

 

元英进教授在实验室指导学生。(天津大学供图) 

天津大学生物学博士生谢泽雄主要负责合成5号染色体。这个年轻人以基因为研究方向,有个重要的家庭原因。他自小就看到父母受疾病困扰,母亲有严重的失眠,试过各种药物都不起作用。父亲家族有一种遗传病,到了一定岁数听力就会大幅下降,几尽失聪。

“少了对这个世界的一种感知,是多么痛苦。”谢泽雄说,因此他认为基因的研究也许可以解决现在药物无法攻克的疾病,解除人们的痛苦。

可是,他在合成染色体的路上一度陷入困境,停滞不前。当时他发现,经过人工再造的染色体,总是出现“失活”的问题。起初,他认为一定是自己哪里弄错了,但经过18个月的反复检测后,始终都没有结果。

那么,谢泽雄想,还有最后一种可能性:是设计本身出现了问题。果然,他发现美国的研究人员在利用计算机进行设计时,缺失了一段基因序列,从而导致染色体“失活”。

 

 

谢泽雄在实验室。(天津大学供图) 

面对中国年轻人提出的质疑,美方开始并不相信,直到他们自己进行实验,才证明了谢泽雄的判断是正确的。现在,谢泽雄的发现已为其他染色体的合成研究提供借鉴。

“你能明显感觉到美国老师眼神里的那种怀疑不见了。”他说。

美国哈佛大学基因学教授乔治·丘奇(George Church)在接受新华社记者的邮件采访中说,谢泽雄的研究成果,堪称“完美”。

做10号染色体的吴毅也深有体会。他发明了一种快速找到缺陷染色体并修复的方法,为实验大大节省了时间。在美国向国际联盟做分享时,他还觉得“很不好意思”——因为他的方法是目前效率最高的,比其他外国团队的方法都要好。

让吴毅心生感慨的是,当时台下的观众中有杨焕明院士等国内外诸多业界“大师”,他们曾是吴毅仰望的偶像,如今在观众席为他拍手点赞。

 


吴毅在实验室(天津大学供图 

两个年轻人的经历和成就,从某种程度上说,也是中国科研力量从追赶到超越的缩影:从到外国实验室打工的学生,到逐渐可以承担任务,再到现在进入世界合成基因组研究第一方阵。

“中国科研工作者从学习经验到贡献智慧,最终赢得了世界的尊重,”元英进说。

他的实验室正致力于利用化学再造酵母的巨大优势,开展基因重排等获取高产, 高耐受工业应用潜力的酵母菌株。

 

 

吴毅和谢泽雄团队(天津大学供图) 

化工专业在中国高校中赫赫有名的天津大学,前身是成立于1895年的北洋大学。秉持“兴学强国”宗旨的北洋大学,以培养掌握新兴科技、文化知识的人才为己任。元英进团队的科技成果,也是近现代以来中国人科学强国精神的延续。

按照《国家创新驱动发展战略纲要》中提到的“三步走”战略路径:2020年中国将进入创新型国家行列,2030年进入创新型国家前列,2050年成为世界科技强国。

“今天,可能是中国科研工作者最好的时代。”元英进说,在国家政策、资金等方面的有力支持下,中国科学家与全球同行密切合作,通过自己的努力,不断在学习中实践,就会取得更大的突破。

 

(编辑:袁全) 


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独立影评人,新华社对外部主任编辑,著有影评集《未被驯服的梦境》,坚持从文化和哲学视角解读电影
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