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科学家拆掉围墙 告别“各自为战”有多难!

科技资讯  2017年11月27日 10:39  来源:新浪科技
摘要:今年,中国南方一个成立不足4年的年轻科研团队,非常罕见地吸引了来自美国工程院院士杰·基斯林的注意——后者因改造酵母生产青蒿素而闻名于世,被看作当代合成生物学的领军人物。很快,杰·基斯林就和这支团队开始了实质性合作,成立联合实验室,并列出一长串研究项目清单。这是他落地中国的第一个实验室,而且有言在先:...

  今年,中国南方一个成立不足4年的年轻科研团队,非常罕见地吸引了来自美国工程院院士杰·基斯林的注意——后者因改造酵母生产青蒿素而闻名于世,被看作当代合成生物学的领军人物。很快,杰·基斯林就和这支团队开始了实质性合作,成立联合实验室,并列出一长串研究项目清单。这是他落地中国的第一个实验室,而且有言在先:“做出成果的知识产权归中国。”

  ——这被视为这支研究团队在产出数篇《科学》论文成果之外所获得的另一种“国际认可”。

  这支团队就是中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学工程研究中心。从学科来看,团队中有12位课题组组长(PI),其中有研究微生物学的,有研究合成基因组学的,也有研究理论物理方向的,甚至有专攻微流控芯片的。听起来有点像 “杂牌军”,但他们却不“各自为战”,而将“近乎一半的精力”拿来攻关一个共同难题——合成生物,他们彼此最为看重的,也是那个共同的身份——合成生物学家。

  这也是杰·基斯林“加盟”的一个主要原因:即便是在国际上,像他们这样灵活的机制和兵强马壮的团队配备也是少见的。

  在如今的大数据、大科学时代,协同创新、团队合作成为越来越多科学家的选择,培育新兴交叉学科生长点,也被提到一个很高的位置。但知易行难。

  谁能率先告别“单打独斗”的科研模式,真正打破科学家之间的“藩篱”和“围墙”,避免科研合作沦为“貌合神离”,成为这个时代的发问。而中科院深圳先进院这支平均年龄仅有36岁的科研团队,正在自己的团队磨合和科研实践中尝试回答这样的问题。

  推倒科学家心中的那堵“墙”:

  让他们“没有顾虑地合作”

  在传统的团队合作和科研攻关模式里,讲究“第一发现者”的科学家群体,为了自己的灵感或方法不被窃取,往往难以放下同合作者之间的提防、戒备心理,换言之,有时虽然同处一条船上,但也难免“同床异梦”。

  对中科院深圳先进院合成生物团队来说,这样的问题无法回避。他们的做法是:“不去试探人性。”

  团队负责人、中科院深圳先进院合成生物学工程研究中心主任刘陈立在接受中国青年报·中青在线记者采访时称,12个课题组负责人的研究方向都不一样,观察同一个问题,大家的角度也不一样——这就在很大程度上规避了“人性”的风险,合作、互补大于竞争。

  事实上,4年前团队成立之初,这样的问题就已经被“重点考虑”,他们的“招聘”也因此成了“one by one ”(一个接一个)的形式。刘陈立说,以合成生物这个大目标为导向,差异化招聘,拥有不同专长的科研人员,“看起来就像一个拼图”——

  2014年,刘陈立从哈佛大学博士后的岗位上辞职回国,成了团队中的第一块“拼图”。他本人偏向实验研究,于是找到加州大学圣迭戈分校的博士后马迎飞,请他掌控“生物信息学方向”,后来发现急需“数学支撑”,又请耶鲁大学博士后傅雄飞加入……截至今年,团队一共迎来了12位课题组组长。

  进入这个团队所在的楼层,可以看到一个打通的大实验室,这就是合成生物中心的公共实验室。

  刘陈立告诉记者,这是一种象征,就是希望打破学科壁垒,推倒实验室与实验室之间的“围墙”,还有科学家心中的那堵“墙”,让大家“没有顾虑地去合作”。

  当然,对这个团队来说,还有一道特殊的难题——交叉。

  熟悉交叉学科的人可能听过这样一种说法,从事这方面研究的专家,既要在各自专业领域有较高的学术水平,又要对交叉领域问题有较深入研究。那么问题来了:在某个专业领域造诣颇高的专家,一般很难抽身来顾及其他领域的课题,有的甚至“看不上”其他问题。

  这个团队的做法是:不求最好,但求最为合适。刘陈立告诉记者,两个颇具潜力的青年科学家,分别来看可能只有80分,但一旦形成团队,在一起磨合碰撞,或能创造出超过90分的成果。

  在科学领域,有时精进“1分”就有可能诞生一个很大的突破。

  在这个团队里,“青年千人计划”入选者傅雄飞的数理背景看似边缘,在刘陈立眼中却为合成生物学领域带来了新的角度。

  傅雄飞本人称很享受合成生物学所带来的魅力,他说,“物理问题比较聚敛,但来到合成生物学以后,感觉完全进入了一个新的世界——好像什么知识都可以应用到,没有科学语言的障碍,没有人是‘门外汉’。”

  挑战生命科学最基本命题:

  向“上帝造人”偷师

  合成生物学是基于生命科学、工程学、信息科学和其他定量基础科学的新兴交叉学科,被认为是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后的第三次生物技术革命。

  以曾与诺贝尔奖获得者屠呦呦一道为世人所熟知的青蒿素为例,后者最初是从植物黄花蒿提取而来,但是植物提取存在占用耕地、依赖环境气候、提取过程繁琐等问题。

  21世纪初,杰·基斯林将青蒿素的基因引入人造酵母——也就是说,只要给酵母喂点淀粉,再用发酵罐均匀一摇,人工改造的酵母就能像“酿酒”一样生产出大量的青蒿素。

  这个意义不可小觑——解决青蒿素的生产原料问题,从某种意义上就是解决了治疗疟疾药物的生产问题。有统计显示,杰·基斯林的这种方法使用可控的100立方米工业发酵罐,足以替代5万亩的传统农业种植。

  事实上,合成生物学还被寄于更高的期望值。这个学科是通过“自下而上”的理念,由“元件”到“模块”再到“系统”,以工程化理念设计自然界不存在的人工生物系统,或对已有自然生物系统进行改造、重建,来满足生物医药工程工业化生产的需求。

  其最终目的,是创造生命。

  说白了,他们要做的,不只是利用合成生物学技术改造传统医药,“造来用”,也试着努力深耕人造生命的基础法则,“造来懂”。

  这就涉及生命科学研究领域一个基本性问题,即生物学到底有没有规律可循?有种说法称,21世纪的生物学,还在向20世纪物理领域“开普勒”的阶段努力,即希望从大量的实验数据、实验现象中得到一个“公式”,供人们描述并反复使用。

  这当然不容易。刘陈立打了一个比方,“这就像是在向上帝‘偷师’”——“细胞是最简单的生命,我们现在做的就是研究细胞周期是怎么定义的,如何自我分裂、代谢、繁殖。如果我们自己创造生命,如何保证染色体、遗传物质能从一到二,在合适的时间复制、分裂。”

  集团军下令:

  海陆空各兵种搬上“十八般武艺”

  事实上,近些年,国内外科学家研究获得了大量新的合成生物学“元件”,并组装出具有相应功能的基因回路。但要实现“合成生命”这一远大目标,仅有“元件”是不够的,同时要求科研人员对生命活动的调控机理有着透彻的理解。

  如今,年龄相仿又有冲劲儿,来自哈佛大学、耶鲁大学、杜克大学等名校的12位青年科学家就这样被集结起来,“全职”就位。

  合成生物学工程研究中心研究员、新晋国家“杰青”戴俊彪说,包括他在内的这支团队则不同,他们每个人都可以独当一面,成为团队中的一个“模块”,完成“设计——合成——测试——学习”的闭环——这是他们的优势。

  傅雄飞在描述团队合作时打过一个比方:团队里任一成员抛出一个生物学问题,然后整个团队以问题为导向,利用大家的专长和不同的眼光对问题进行剖析——相当于海陆空各个兵种都有的集团军,集体去尽力解决同一个问题。

  化学生物学背景的李楠从事蛋白质组学研究,他还记得有一次,团队里一个实验小组要给培养的细菌拍照片追踪运动过程,但是细菌在培养基上跑来跑去的,小组成员每过一会儿就要跑过去拍一张照片。

  ——不断重复的实验、海量的分析数据十分浪费人力和时间,这被称为生物学研究中“不必要的必需”,也让生物学实验室被戏称为“劳动密集型工作”。

  专攻物理的傅雄飞和做工程的黄术强走过去一看,一拍即合:“这不用人力做,太慢了!”随后承诺给这个实验小组做一个多物体定时追踪的机器。

  李楠说,在实验室里随便走一圈,就能知道“不是你同行”的同事在做什么,他们能做什么,大家碰撞出了不少火花。

  在李楠看来,这种科研攻关模式,节省的不但是资源,最重要的是,更加便于人们思想的交流与碰撞。

  而不管是在传统科学领域,还是新兴科学领域,科学家——这群地球上最聪明大脑的头脑风暴,是最弥足珍贵的。