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顏寧:有夢想才有輝煌

   葡萄糖,地球生物最重要的能量來源。它,究竟如何進入細胞?100多年來,多少科學家為之著迷。

  6月5日,英國《自然》雜志揭開了這個源自生命內部的奧秘:由37歲的中國科學家、清華大學醫學院教授顏寧率領的80后、90后年輕團隊首次成功解析了人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的晶體結構和工作機理。

  “要針對人類疾病開發藥物,獲得人源轉運蛋白至關重要,因此,這是一項偉大的成就。”2012年諾貝爾化學獎得主布萊恩·克比爾卡為之驚嘆。

  “學術界對于GLUT1的結構研究已有半個世紀之久,而顏寧在世界上第一個獲得了GLUT1的晶體結構!從某種程度上說,她戰勝了過去50年從事其結構研究的所有科學家。”美國科學院院士、加州大學洛杉磯分校教授羅納德·魁百克說。

  這一次,中國科學家的確打敗了數十年來全世界為之苦苦鏖戰的頂尖科學家。而在這場歷經百年的科研比拼中,創造奇跡的,是一支主干力量完全“本土化”的年輕團隊——70后的導師顏寧,80后的博士后鄧東,90后的博士二年級學生徐超、吳建平,以及四年級本科生孫鵬程。

  做科研,就要有股“死磕”精神

  2014年1月17日,顏寧和她的每一個團隊成員都沒想到,成功的歡欣來得如此之快。

  傍晚5點多,顏寧坐在辦公室里,緊張地等待著實驗數據的收集結果。5個多小時過去了,她給學生鄧東打了一個電話。“還在處理數據。”鄧東回答,他也從計算室里走了出來,緊張的心情讓他覺得,即使一分鐘的等待,也仿佛過去了半個世紀。

  5分鐘后,大約晚上10點半。“哇!”當打開電腦軟件查看數據結果時,在場的所有同學不由得大聲歡呼。鄧東已然抑制不住自己的情緒,激動地跑到導師顏寧的辦公室。此時的顏寧,平靜地看著鄧東,一句話也沒說。數據結果一錘定音,這項成果的歷史意義,此時無法用言語表達。

  在經歷兩年多的集中研究、近半年的全力攻關后,顏寧研究團隊終于攻占了又一個生命科學研究高地——成功解析了人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的晶體結構和工作機理,在人類理解和治療癌癥與糖尿病的征程中邁出了關鍵的一步。

  這是過去幾十年間,美國、日本、德國、英國等國的諸多世界頂尖實驗室都曾經或正在為此全力攻關,但始終未能成功解決的難題。

  “葡萄糖是生物已知最重要、最基本的能量來源,它代謝的第一步就是進入細胞。但親水的葡萄糖溶于水、疏水的細胞膜就像一層油,葡萄糖自身無法穿過細胞膜進入到細胞內發揮作用。鑲嵌于細胞膜上的轉運蛋白,如同在細胞膜上開了一扇一扇的門,將葡萄糖從細胞外轉運到細胞內。而GLUT1就是大腦、神經系統、肌肉等組織器官中最重要的葡萄糖轉運蛋白。”正是重要膜轉運蛋白的功能機理的重要意義,讓2007年剛回清華大學執教的顏寧“痛下決心”,“死磕”這個世界科學家幾十年來追求的至高目標。

  研究轉運蛋白的機理,最重要的一點就是讓它乖乖結晶后給其拍照,再將不同構象的分子照片連續起來,組成分子電影。但轉運蛋白高度動態的內在性質卻讓以往眾多科學家飽嘗失敗的滋味。

  顏寧決定反向思維。她發現,要想讓GLUT1結晶,第一是讓它的動態慢一點、再慢一點、老態龍鐘一點,這樣就可以截獲其中一個狀態了;第二是在低溫下讓分子運動降低后再結晶。

  歷經幾百次的實驗,2014年1月12日,他們終于在一種結晶條件下生長出了幾顆非常小的晶體,實驗室開始24小時不間斷實驗,向最后的勝利發起沖擊;1月15日,累極了的鄧東發現了一顆非常滿意的晶體;1月17日,在上海同步輻射中心的數據收集證明,不僅僅是那1顆滿意的晶體,他們后來準備的很多晶體都收集到完整的數據,經過快速的數據處理:他們成功了!

  在收集數據之后,顏寧實驗團隊進行結構解析,并將這一成果投向了《自然》雜志。5月18日,該成果在《自然》雜志在線發表后,立即引起世界科學界的關注,充分肯定這是一項“具有里程碑意義”的重大科學成就。

  面對世界科學家無從下手的實驗,顏寧研究團隊用“死磕”精神和嚴密邏輯收獲了科學研究上的完美勝利。

  追尋科學夢,一支年輕的“本土”團隊

  “今天,與一堆學生約好唱卡拉OK,我忙完手頭事情趕過去的時候,卻沒人;打電話,都說喝醉了,撤了。我笑罵幾句,竟然敢放我鴿子,但完全理解。我知道,鄧東太不容易,背負了各種壓力,太多期望,我以他為傲!”5月20日,顏寧的一篇日志,記錄下了實驗成功后團隊成員難得的一次放松。

  平均每天12個小時的高強度實驗,恒溫4度的“冰箱”實驗室,實驗團隊幾百個日日夜夜執著地進行著他們好奇而又熱愛的科學戰役——如果不是親眼所見,你很難想象,這個創造世界科研領域奇跡的研究團隊平均年齡只有20多歲;更難以想象的是,在這個被浮躁裹挾著的社會里,這群年輕人卻如此心無旁騖地醉心科研。

  究竟是什么力量,在短短幾年內就讓中國科學家自己的實驗室里生長出了世界級的研究成果,更鍛造出一支精干的科研“奇兵”?

  年輕的團隊充滿著無限的活力,年齡的相近使他們之間亦師亦友。在這樣的團隊里,對學生而言,收獲的不只是科研成果,更是珍貴的系統的科研訓練和成長經歷。

  “有什么開心的事、不高興的事,我們都和顏老師溝通。”鄧東說,而他自己也被幾位“小弟”稱為“東哥”。

  “從細胞培養到提純蛋白再到培養晶體,與東哥一起篩選‘突變體’。感受最深的是系統的科研工作。”吳建平說。

  “在本科二年級時就能參與到這項科研,并能真正參與其中的一些工作,我最大的收獲是一種信心和感覺。”孫鵬程說。

  在科研的過程中培養學生,是顏寧實驗室的特點。“我會先拿一些我認為相對簡單的實驗讓學生練手來培養他,他到一定水平才能做這種相對難一點的實驗,進行攻關。”

  鄧東在師從顏寧讀博士之前先是在公司工作,然后在實驗室里做技術員。也許正是這些經歷,使他與同年級的同學相比多了一份成熟與從容,更有一份經過思考之后的堅定。師從顏寧讀博之后,鄧東快速成長,在《科學》雜志發表的針對TAL effector特異識別DNA分子機制的研究成果,被2012年《科學》評選的年度十大進展重點引用,并入選2012年度中國科學十大進展。

  “我剛回清華不久,我的同事劉國松教授曾經跟我說過做科學家的三個境界,他的評論對我影響頗深。”顏寧始終認為,探求真理的頑強意志是這個年輕團隊能夠沉靜下來,并最終獲得成功的最大秘訣,“第一重是職業,第二重是興趣,第三重是永生。也許學術論文只有極少數人能夠理解,但重大科學發現給社會、人類帶來的改變卻是不可磨滅的。”

  這種對科學夢想的堅定追求,不只是團隊領頭羊顏寧的信條,更是整個研究團隊的氣質。

  “我們做人源蛋白的時候,最開始是十分艱難的,也很掙扎。在昆蟲、酵母、大腸桿菌等表達體系中我們都做了很多嘗試,都拿不到很好的蛋白。我想很多科學家都是因為這樣,拿不到好的蛋白或找不到結晶的去垢劑就直接放棄了。一直以來沒有文獻報道過能夠很好純化的GLUT膜蛋白,我們其實前面沒有路。但是我們堅持下來了,我們堅持走出了一條自己的路。”看到身邊的同學不斷發論文、出成果,鄧東也曾有過焦躁。但他更深知科研無坦途,也從不懼怕失敗,“探索科學未知的奇妙之處就在于,當你眼前是一團迷霧的時候,你永遠不知道下一腳是墮入深淵還是看到光明。但人要有夢想,有追求。這就是我們的中國夢吧。”鄧東淡淡地說。

  他和同伴們唯一緊張的是,別人先把成果做了出來。

  “大約有兩年多的時間,每周四、周五的凌晨一點,我都會自動醒來。”那是《自然》《科學》雜志上線的時間,“再困,我也會爬起來坐到電腦前,看有沒有人發表類似的成果,沒有就松一口氣,還有時間,加把勁。”鄧東笑言“科學研究沒有第二,只有第一。”

  好奇、熱愛、堅持、鍥而不舍和時不我待的緊迫感,正是團隊的這種科學精神,讓他們一步一步揭開了葡萄糖轉運蛋白GLUT1的神秘面紗,邁上了科學殿堂的一座高峰。

  好的科研土壤,讓科學研究自由生長

  除了年輕,這支締造奇跡的科研團隊還有著另外一個顯著特點:除了導師顏寧,其余的都是土生土長、沒有出國留學經歷的學生。

  “嘆為觀止。”著名生物學家、清華大學醫學院常務副院長魯白用這四個字總結這項研究成果的科學意義。他同時強調,在今天的社會背景下,顏寧團隊的成功更大的鏡鑒還在于,如何將成功的經驗推廣開來,“為什么這里,中國科學家的實驗室里能產生如此級別的偉大發現?如果能研究透,一定能助益整個中國科學的騰飛。”

  “從事科學研究,最幸福的就是自由感。”顏寧對如今國內的科研環境大加肯定,“隨著經濟社會的迅速發展,國家越來越重視基礎科學研究,連續多年對基礎科學領域的投入都是大幅度增長。相反美國基礎科研經費卻在不斷縮減,這對我們是一個很大的鼓舞。如今,中國的生命科學研究真的是日新月異,這是我回國前根本沒有想到的。”

  “不同于以往用論文量、課題數衡量科學家的評價機制,我們進行了一系列的體制機制改革,對于人才評估最看重的是能否將目光集中在全球前沿的重大科學問題上并取得成果。”魯白如此總結這片給予顏寧團隊充分養料的科學土壤,“我們強調原始創新,鼓勵學科交叉、協同合作,注重建設研究支撐平臺,還鼓勵學術批評精神,營造積極向上的科研氛圍。”

  而更深遠的意義在于,攀上這座高峰,不僅對于科學研究本身有重大意義,從未來看,也將惠澤人類。

  “這項成果對于理解主要協同轉運蛋白超家族中糖轉運蛋白的轉運過程提供了重要的分子基礎,揭示了維持生命的基本物質進入細胞跨膜轉運的過程,對于人類進一步認識生命過程具有重要的指導意義。此外,從應用前景來看,由于幼兒癲癇、大腦發育遲緩等一系列遺傳疾病與GLUT1的突變相關,依據GLUT1結構信息,可以對GLUT1進行人工干預,作為相關疾病診斷或者藥物開發的潛在靶點。”魯白說。

  現在,顏寧教授團隊繼續為此努力著。“我們不僅要看到GLUT1的結構,還要看到它是如何工作的。”依舊是爭分奪秒的速度,他們向著更高的目標進軍。

  而對于顏寧自己,還有一個深藏在心中的更大夢想:“希望有一天,能看到從我實驗室里走出的學生成為各個大學的教授,作出更大的科研成就。桃李滿天下是另外一種成就,足以令我自豪。作為一個導師,還有什么比看著學生創造奇跡更令人欣慰的呢?”

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