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哈工大四破世界級科學難題的背後
2019-09-23 07:55:19 來源: 中國青年報
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TCR-CD3復合物的整體結構圖。哈爾濱工業大學供圖

  在中學生物課本裏,有一個我們熟悉的知識點:T細胞,是脊椎動物適應性免疫係統的關鍵細胞。

  很少會有人去進一步探究:T細胞的“眼睛”是什麼?在生命科學領域,T細胞受體(TCR)就是這樣一個角色。為了揭開它的神秘面紗,國內外的眾多科學家探索了幾十年。

  前不久,哈爾濱工業大學(以下簡稱哈工大)生命學院教授黃志偉團隊在《自然》雜志上發表《人T細胞受體-共受體復合物組裝的結構基礎》研究文章。這是人類世界上首次揭示人T細胞受體復合物的結構,也是中國科學家在免疫基礎科學領域取得的重大原創性發現。

  2012年,哈佛大學博士後黃志偉放棄了美國的工作邀請,來到哈工大。在這裏,他先後破解了4個生命科學領域的世界級科學難題,還從零開始推動哈工大結構分子生物研究方向的學術建設,成為該校最年輕的學院院長。

  發現人體“警察”的眼睛

  “過去20年中,國際上對T細胞受體進行了廣泛研究,但對于T細胞受體與共受體復合物組裝及信號轉導結構,仍是未知狀態。”黃志偉説,該項研究正回答了這一基礎科學問題,揭示了T細胞受體和共受體識別、組裝成功能復合物的分子機制,為開發基于T細胞受體的免疫療法,治療癌症、自身免疫性疾病、免疫缺陷疾病等提供了重要科學基礎。

  黃志偉介紹,T細胞相當于人體中的“警察”,它利用自身敏銳的判斷力搜索並抓住“壞人”,而T細胞受體可以識別抗原,相當于“警察”的眼睛,分辨哪些是“壞人”,哪些是“朋友”。

  “找出‘壞人’後,激活T細胞免疫反應,傳到細胞內和細胞核裏面,把‘壞人’清除掉。”黃志偉説。

  對此,文章審稿人的評價是:“該研究工作代表了細胞適應性免疫的分子機理研究的一個重要裏程碑。通過闡明第一個在膜上組裝的T細胞受體和其CD3共受體的結構,極大地增加了我們對T細胞識別抗原反應的激活機制的理解。”

  “T細胞受體復合物結構之謎一直是世界頂級科學家們夢想解決的細胞適應性免疫學的重要科學問題,哈工大黃志偉團隊對該復合物結構的解析是理解細胞適應性免疫機制的重要裏程碑。”中國科學院院士施一公也對該項研究給予高度評價。

  越努力越幸運

  在這些成績的背後,離不開黃志偉“非主流”的人生選擇。2012年,黃志偉從哈佛大學來到了哈爾濱工業大學。

  當時黃志偉有不少工作選擇,最後之所以選擇哈工大,源自他在讀研時看到的中科院神經科學研究所所長蒲慕明的一篇文章。

  “當時蒲慕明在這篇文章中寫道,年輕人在未來回國,未必要回北上廣這樣的地方,可以去偏遠一些的地方,在那裏建立自己的實驗室做出成果,對于個人或者對社會的意義會更大。這讓我很受觸動,所以來到哈工大,我認為學校有能力支持我做研究。事實證明,我的選擇是對的。”黃志偉説。

  從本科階段的化學工程與工藝專業、轉到研究生階段的生命科學的結構與功能研究,再到博士後階段的免疫與感染疾病方向,黃志偉的研究領域跨度很大。這其中面臨著許多未知的挑戰,但他卻樂于面對這種挑戰,並甘之如飴。

  “無論面對何種挑戰,我始終抱有一個初學者的心態,大膽嘗試生命領域相關前沿問題,去開拓自己的視野,探索生命的奧秘。”黃志偉説。

  近年來,黃志偉在生命科學相關研究領域的最前沿屢次發出了自己的聲音。他的團隊從2014年到2017年就已先後破解了3個世界級科學難題。

  2014年1月,他們揭示了世界頂級結構生物學家們一直夢寐以求的艾滋病病毒毒力因子(Vif)的結構,研究論文被《自然》雜志在線發表;2016年4月,他們揭示出Cpf1的工作機理,使Cpf1為特異和高效的全新基因編輯係統提供了結構基礎,研究論文同樣被《自然》在線發表;2017年4月,課題組在《自然》在線發表了題目為《Anti-CRISPR 蛋白抑制CRISPR-SpyCas9 活性的分子機制》的研究論文。

  説起這些成果背後的研究過程,黃志偉表示,這很難用一個具體的時長去衡量,更多的是幾十年的專業積累。“科學研究有時如同走進了一個迷宮,怎麼選擇路線很關鍵,這需要科學的判斷和邏輯的思考。而科學的判斷則是基于數十年的科研經歷和積累的知識。”

  “越努力越幸運”, 哈工大生命學院博士生董德牢記著導師黃志偉對他説的這句話。董德是這次發表論文的並列第一作者,在此之前,他已兩次和導師一起在《自然》雜志在線發表論文。

  在實驗最緊張的時候,董德平均每天在實驗室工作16個小時,每天淩晨三四點回寢室睡覺是再平常不過的事情,甚至有一次做實驗連續工作了兩個白天一個晚上。他説:“早就聽説團隊很忙,但直到進入了團隊才真正體會到什麼叫忙碌!”

  但他覺得這不算什麼,因為他的導師黃志偉比他還忙。董德説,導師黃志偉幾乎沒有周末和假期的概念,經常在實驗室熬通宵,甚至過年都不休息,初一還在辦公室寫論文。

  長期以來,基礎科學研究一直被稱作是科研工作者的“冷板凳”,然而,黃志偉卻在其中找到了自己的獲得感。

  “之所以堅持做基礎研究,最大的原因就是興趣。一個重要科學問題解決了,我會覺得很高興。在基礎科學研究中,會遇到很多困難,通過努力不斷解決這些困難,自己也能樂在其中。更重要的是,做科學研究可以讓我沒有束縛地思考各種科學問題。”黃志偉説。

  期待中國學術界早日“遍地開花”

  作為哈工大引進的高水平海外人才,黃志偉在東北闖出了一番新天地。

  哈爾濱工業大學生命科學與技術學院成立于2011年,其前身為1995年成立的生命科學與工程係。

  黃志偉來到哈工大後,從零開始建設結構分子生物學與天然免疫信號轉導研究室。

  2016年,哈工大校長周玉找到黃志偉,讓他做院長。黃志偉對周玉説:“如果讓我做院長,我希望學院能有一些創新的模式,和跟國際一流大學接軌的運作機制,吸引一批優秀人才加入。”

  學校特別認同黃志偉的觀點。2016年,在黃志偉的主導下,哈工大成立了生命科學中心,作為哈工大首個“學術特區”和生命學院的高端人才和科研成果的“蓄水池”,生命科學中心在學校授權范圍內,具有相對獨立的學術、人事自主權以及人才培養體係,並試點進行基礎科學研究、人才培養一體的體制機制綜合改革與創新。

  “學校的生物學與生物化學學科在US News中的排名,這3年每年前進50個名次。現在生物學和生物化學在世界上的排名是154位,位列中國學校第六名。”黃志偉自豪地説。

  “人才蓄水池”離不開人,黃志偉對于90後、95後的未來人才也十分看重。

  黃志偉所帶的團隊以碩士生、博士生為主,大概20人左右。在這個團隊裏,黃志偉親自給學生安排課題、設計實驗,指導學生做實驗,並隨時翻閱學生的實驗室筆記本,每天和學生討論問題。遇到一些關鍵的實驗,他就親自操刀。他經常在晚上就把第二天工作想法整理好,課題進展到什麼程度了,要做哪個實驗了,哪個學生要幹什麼……他都會及時安排好。

  作為一名海歸,黃志偉欣慰地看到越來越多的年輕人決定回國發展自己的事業。“現在,我們國家有人、有資源、有條件,我們完全可以做出和世界其他地方一樣優秀的科學成果。”

  黃志偉也期待著,中國的學術界可以“遍地開花”。“在美國,無論是發達的東西海岸地區還是相對邊遠的中西部都有世界著名的科學家。目前,中國百分之八九十的科研成果都在東部和一線城市,很少有突出的基礎科學研究成果出現在東北、西北等邊遠地區。我希望,有一天中國的科學研究可以‘遍地開花’,到那時中國的科學研究才真的上了一個臺階”。(記者 葉雨婷)

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【糾錯】 責任編輯: 劉陽
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