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探求DNA世界

来源:  发布时间:2014-07-03

——记中国科学院微生物研究所研究员傅钰
本刊记者  严永红
    


  尽管在大多数人眼中,生物化学是高深莫测的,甚至是枯燥的。但是在他的眼中,却如同一首优美的诗,科学和艺术都源于人类活动最高尚的部分,都追求着深刻性、普适性、永恒和富有意义。无数大师执着地攀登,只为领略到顶峰上科学与艺术交汇所生的无限江山。
  傅钰——1997年在中国科学院遗传研究所获硕士学位,2008年于加拿大萨斯喀彻温大学微生物与免疫学系获博士学位,2008~2012年在美国哈佛大学医学院生物化学与分子药理学系从事博士后研究,2012年入选国家“青年千人计划”受聘于中国科学院微生物研究所。一路走来,他更像是艺术家。他深深地沉醉在生物化学这个广袤无垠的世界,无时无刻不在思考探寻着生物化学的意义和它的未来……

求学阶段的两篇“Cell”

  DNA——遗传信息的载体,正确而高效地复制整个基因组并传递给子代对每个生命体都是至关重要的。DNA复制过程中产生错误,突变和缺失是导致癌症等严重影响人民身体健康的疾病发生的主要原因之一。虽然在原核生物中DNA复制已经研究得较为透彻,但是真核生物的DNA复制中还有很多一直悬而未决的问题有待回答。
  所谓“预则立,不预则废”。如果说,傅钰的成绩源于他的智慧,那么,他的智慧还表现在他在十字路口的善于选择、善于规划上。在遗传所获得硕士学位以后,傅钰选择赴加拿大萨斯喀彻温大学继续攻读博士学位,早期的准备使他在这里鹰击长空、鱼翔浅底,尽情地发挥他的优势,主攻酿酒酵母对DNA损伤的一些应答的反应,发现了真核生物SOS修复途径,研究论文发表在《细胞》(Cell)杂志上,这是他人生中的第一篇“Cell”。
  “在这一过程中我发现DNA损伤修复和DNA的复制是密切相关的,DNA复制有太多的基础问题我们都还不清楚,对于这些问题的深入研究不但可以完成理论上的重大突破,而且可以为癌症等疾病的防治提供新的思路和靶向。”就像傅钰用带着虔诚的语气所说的那样:“真理往往是美的,那蕴藏于科学中的真理之美,吸引着我不断地探究。”
  DNA研究的广阔前景让傅钰坚定扎实地将自己的研究开展下去,科学工作者既以真理为生命,须在反复的实践中提炼真知,一步步地把科技的发展引向更加深入。在加拿大获得博士学位后,傅钰来到了哈佛,一个特别有朝气的团队——约翰内斯.沃尔特教授的实验室。“这是一个研究DNA复制基础问题的实验室,理解了DNA复制最基础的问题,有关DNA修复、癌症发生等很多的问题就会迎刃而解。”傅钰说。在哈佛的四年间,发表了他的第二篇 “Cell”。
  他很少述及留学生活中的苦楚、奋斗中的艰辛,而是用一连串的成绩证明了自己。东西方文化在他身上相遇,已经不再是形式的混体,而是精神层面的和平融合,使得他的治学态度里,囊括了中国智慧的通达以及西方思想严密的逻辑性,在这种态度的指引下,他对科研工作有了更深层次的认识,同时对DNA研究也更加热爱。

驻足国家发展的需要

  十几年间,傅钰辗转于东、西方,并最终停留在了文化的交汇点——北京,海外科研经历,傅钰认为它对自己的人格素养及求学笃实的科研态度起到了很好的塑造作用,而今回到国内工作,完成了从求学人到治学人的角色转换,对他而言是一个新的开始,更是一个全新的挑战。
  如果把才华比作剑,那么勤奋就是磨刀石。这个年轻的团队付出了超过预料的努力,几乎是废寝忘食、日以继夜。傅钰介绍说,回国以后我们主要是用单分子技术来研究DNA复制最基本的问题。如果我们了解了DNA复制的机理,也就了解了生命最基础的本质,还有表观遗传学的信息是怎么通过DNA复制传给下一代,会有其他一些更奥妙的东西在里边。我在哈佛的研究是着重于真核生物的DNA复制解旋酶,DNA是一个双链结构,在复制过程中双链要打开形成单链,然后每个单链以各自为模板合成新的互补链,形成新的两个DNA分子,这一过程由一个复杂精密的复制复合体来完成,复制复合体最前面的一个结构就是DNA复制解旋酶,一个由6个亚基组成的指环状蛋白复合体,负责把DNA双链打开。
  解旋酶究竟采用什么机制解旋呢?傅钰表示,当时有两种假说,一种认为解旋酶套在DNA双链上移动,解旋就像一个犁田的犁把DNA从中间分开。还有一种假说认为解旋酶套着DNA单链上移动,相当于两根线缠在一起时,一根线上有一个套环移动从而分开两条线。究竟这两种方式有哪种是正确的,当时并不清楚。为了证明哪种假说正确,他们想了一个方法,在DNA单链上放置一个可以阻挡解旋酶通过的障碍物。如果解旋酶是沿着DNA双链移动解旋,那么放置于双链中任何一条链上的障碍物都可以阻挡它移动;如果解旋酶是沿着DNA单链移动,则双链中只有解旋酶套住的那条DNA链上的障碍物才可以阻挡它的移动,而另一条链上的障碍物不能阻挡解旋酶的移动。运用生物化学及单分子技术,他们发现DNA解旋酶实际上是沿着DNA单链移动解旋的。
  这一发现解决了一个DNA复制界长期悬而未决的问题,更新了大家对DNA复制的认识。“在哈佛的工作我认识到了单分子这一新兴技术的强大力量,我现在的工作依然着重于真核生物的DNA复制,将更多地运用单分子技术,从追踪单个分子这一层面来实时观察动态的DNA复制过程。”他说。
  在傅钰的解释下,这些听上去艰深晦涩的理论变得通俗易懂。也许这些深奥的科学定理或者定律,我们不能直接见到,而只有掌握了一定科学理论的人才能更深刻地感受到,但是,我们能从他的讲述中感受到的是,这些理论之美就是科学家们最神往的美,并且正是这些美使得他们在冗长沉闷的工作中得到愉悦、欣慰,并成为研究科学巨大的动力之一。
  接下来,傅钰团队拟开展的研究将利用单分子技术和酿酒酵母体外复制体系对复制的基本问题进行深入的研究,这些问题的回答将是DNA复制领域的重大理论突破。他们希望在DNA的前沿研究领域书写浓墨重彩的一笔。

“希望学生一切源于兴趣 ”

  “在国外,大部分学生选择科学研究是为了兴趣,而在国内,会有大部分是为了生计。我希望学生是真正热爱科学的。”傅钰坦言。“我希望我的学生有不怕吃苦的精神,选择科学研究需要付出。对科学探索有兴趣是最好的,最重要的是要勤奋。”傅钰笑谈自己是7—11,每天早上从7点到晚上11点,是很常态的一个工作状态。
  他注重培养学生创新能力,强调启发式、提问式和互动式教学,引导学生主动提问、主动思考和自我理解,授学生以渔;善于用系统性、联系性、发展性等哲学观点,引导学生自己将课程的知识作为一个整体贯穿起来,并通过各种事例将此观点拓展到各领域和生活中,锻炼学生的思维能力。
  “我常对我的学生说,我说的不一定全是对的,如果你能指出我的错误,我会非常的欣慰,我在讲课的时候,有很多学生只是被动的听,很少有人能积极参加思考,我在哈佛也有一些教课的经历,学生和老师之间的互动非常的多,我认为中国的教育要向这个方向发展。”
  和他聊天,可以深切地感受到,他身上那种知识分子对中国教育的热忱、科学家对科研探索矢志不渝的韧劲。他说:“我们要用创新引领时代,服务国家建设。”梦在心里,路在前方, “仰望星空,脚踏实地”,也许是对他最好的概括。    

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