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哈工大四破世界级科学难题的背后

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  前沿·聚焦
  哈工大四破世界级科学难题的背后

  TCR-CD3复合物的整体结构图。哈尔滨工业大学供图

  在中学生物课本里,有一个我们熟悉的知识点:T细胞,是脊椎动物适应性免疫系统的关键细胞。

  很少会有人去进一步探究:T细胞的“眼睛”是什么?在生命科学领域,T细胞受体(TCR)就是这样一个角色。为了揭开它的神秘面纱,国内外的众多科学家探索了几十年。

  前不久,哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)生命学院教授黄志伟团队在《自然》杂志上发表《人T细胞受体-共受体复合物组装的结构基础》研究文章。这是人类世界上首次揭示人T细胞受体复合物的结构,也是中国科学家在免疫基础科学领域取得的重大原创性发现。

  2012年,哈佛大学博士后黄志伟放弃了美国的工作邀请,来到哈工大。在这里,他先后破解了4个生命科学领域的世界级科学难题,还从零开始推动哈工大结构分子生物研究方向的学术建设,成为该校最年轻的学院院长。

  发现人体“警察”的眼睛

  “过去20年中,国际上对T细胞受体进行了广泛研究,但对于T细胞受体与共受体复合物组装及信号转导结构,仍是未知状态。”黄志伟说,该项研究正回答了这一基础科学问题,揭示了T细胞受体和共受体识别、组装成功能复合物的分子机制,为开发基于T细胞受体的免疫疗法,治疗癌症、自身免疫性疾病、免疫缺陷疾病等提供了重要科学基础。

  黄志伟介绍,T细胞相当于人体中的“警察”,它利用自身敏锐的判断力搜索并抓住“坏人”,而T细胞受体可以识别抗原,相当于“警察”的眼睛,分辨哪些是“坏人”,哪些是“朋友”。

  “找出‘坏人’后,激活T细胞免疫反应,传到细胞内和细胞核里面,把‘坏人’清除掉。”黄志伟说。

  对此,文章审稿人的评价是:“该研究工作代表了细胞适应性免疫的分子机理研究的一个重要里程碑。通过阐明第一个在膜上组装的T细胞受体和其CD3共受体的结构,极大地增加了我们对T细胞识别抗原反应的激活机制的理解。”

  “T细胞受体复合物结构之谜一直是世界顶级科学家们梦想解决的细胞适应性免疫学的重要科学问题,哈工大黄志伟团队对该复合物结构的解析是理解细胞适应性免疫机制的重要里程碑。”中国科学院院士施一公也对该项研究给予高度评价。

  越努力越幸运

  在这些成绩的背后,离不开黄志伟“非主流”的人生选择。2012年,黄志伟从哈佛大学来到了哈尔滨工业大学。

  当时黄志伟有不少工作选择,最后之所以选择哈工大,源自他在读研时看到的中科院神经科学研究所所长蒲慕明的一篇文章。

  “当时蒲慕明在这篇文章中写道,年轻人在未来回国,未必要回北上广这样的地方,可以去偏远一些的地方,在那里建立自己的实验室做出成果,对于个人或者对社会的意义会更大。这让我很受触动,所以来到哈工大,我认为学校有能力支持我做研究。事实证明,我的选择是对的。”黄志伟说。

  从本科阶段的化学工程与工艺专业、转到研究生阶段的生命科学的结构与功能研究,再到博士后阶段的免疫与感染疾病方向,黄志伟的研究领域跨度很大。这其中面临着许多未知的挑战,但他却乐于面对这种挑战,并甘之如饴。

  “无论面对何种挑战,我始终抱有一个初学者的心态,大胆尝试生命领域相关前沿问题,去开拓自己的视野,探索生命的奥秘。”黄志伟说。

  近年来,黄志伟在生命科学相关研究领域的最前沿屡次发出了自己的声音。他的团队从2014年到2017年就已先后破解了3个世界级科学难题。

  2014年1月,他们揭示了世界顶级结构生物学家们一直梦寐以求的艾滋病病毒毒力因子(Vif)的结构,研究论文被《自然》杂志在线发表;2016年4月,他们揭示出Cpf1的工作机理,使Cpf1为特异和高效的全新基因编辑系统提供了结构基础,研究论文同样被《自然》在线发表;2017年4月,课题组在《自然》在线发表了题目为《Anti-CRISPR 蛋白抑制CRISPR-SpyCas9 活性的分子机制》的研究论文。

  说起这些成果背后的研究过程,黄志伟表示,这很难用一个具体的时长去衡量,更多的是几十年的专业积累。“科学研究有时如同走进了一个迷宫,怎么选择路线很关键,这需要科学的判断和逻辑的思考。而科学的判断则是基于数十年的科研经历和积累的知识。”

  “越努力越幸运”, 哈工大生命学院博士生董德牢记着导师黄志伟对他说的这句话。董德是这次发表论文的并列第一作者,在此之前,他已两次和导师一起在《自然》杂志在线发表论文。

  在实验最紧张的时候,董德平均每天在实验室工作16个小时,每天凌晨三四点回寝室睡觉是再平常不过的事情,甚至有一次做实验连续工作了两个白天一个晚上。他说:“早就听说团队很忙,但直到进入了团队才真正体会到什么叫忙碌!”

  但他觉得这不算什么,因为他的导师黄志伟比他还忙。董德说,导师黄志伟几乎没有周末和假期的概念,经常在实验室熬通宵,甚至过年都不休息,初一还在办公室写论文。

  长期以来,基础科学研究一直被称作是科研工作者的“冷板凳”,然而,黄志伟却在其中找到了自己的获得感。

  “之所以坚持做基础研究,最大的原因就是兴趣。一个重要科学问题解决了,我会觉得很高兴。在基础科学研究中,会遇到很多困难,通过努力不断解决这些困难,自己也能乐在其中。更重要的是,做科学研究可以让我没有束缚地思考各种科学问题。”黄志伟说。

  期待中国学术界早日“遍地开花”

  作为哈工大引进的高水平海外人才,黄志伟在东北闯出了一番新天地。

  哈尔滨工业大学生命科学与技术学院成立于2011年,其前身为1995年成立的生命科学与工程系。

  黄志伟来到哈工大后,从零开始建设结构分子生物学与天然免疫信号转导研究室。

  2016年,哈工大校长周玉找到黄志伟,让他做院长。黄志伟对周玉说:“如果让我做院长,我希望学院能有一些创新的模式,和跟国际一流大学接轨的运作机制,吸引一批优秀人才加入。”

  学校特别认同黄志伟的观点。2016年,在黄志伟的主导下,哈工大成立了生命科学中心,作为哈工大首个“学术特区”和生命学院的高端人才和科研成果的“蓄水池”,生命科学中心在学校授权范围内,具有相对独立的学术、人事自主权以及人才培养体系,并试点进行基础科学研究、人才培养一体的体制机制综合改革与创新。

  “学校的生物学与生物化学学科在US News中的排名,这3年每年前进50个名次。现在生物学和生物化学在世界上的排名是154位,位列中国学校第六名。”黄志伟自豪地说。

  “人才蓄水池”离不开人,黄志伟对于90后、95后的未来人才也十分看重。

  黄志伟所带的团队以硕士生、博士生为主,大概20人左右。在这个团队里,黄志伟亲自给学生安排课题、设计实验,指导学生做实验,并随时翻阅学生的实验室笔记本,每天和学生讨论问题。遇到一些关键的实验,他就亲自操刀。他经常在晚上就把第二天工作想法整理好,课题进展到什么程度了,要做哪个实验了,哪个学生要干什么……他都会及时安排好。

  作为一名海归,黄志伟欣慰地看到越来越多的年轻人决定回国发展自己的事业。“现在,我们国家有人、有资源、有条件,我们完全可以做出和世界其他地方一样优秀的科学成果。”

  黄志伟也期待着,中国的学术界可以“遍地开花”。“在美国,无论是发达的东西海岸地区还是相对边远的中西部都有世界著名的科学家。目前,中国百分之八九十的科研成果都在东部和一线城市,很少有突出的基础科学研究成果出现在东北、西北等边远地区。我希望,有一天中国的科学研究可以‘遍地开花’,到那时中国的科学研究才真的上了一个台阶”。

  中国青年报·中国青年网记者 叶雨婷 来源:中国青年报

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