欲摘王冠 先利其“器”

生物物理所两名创新课题组组长朱平、李国红率先解析出30纳米染色质高级结构。这是一个最基本的分子生物学问题,也是目前为止最有挑战性的结构之一,困扰了全世界的研究人员30余年。
—— 中科院生物物理所
来源:中科院生物物理所/作者:中科院生物物理所 /2014-05-20
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生物物理所两名创新课题组组长朱平、李国红率先解析出 30 纳米染色质高级结构。这是一个最基本的分子生物学问题,也是目前为止最有挑战性的结构之一,困扰了全世界的研究人员 30 余年。

由“一三五”学科布局凝练,在中科院“先导专项”、科技部和国家自然科学基金委的稳定和持续的支持下,生物物理所两名创新课题组组长朱平、李国红的竭诚合作碰撞出新火花。

近日,他们在国际上首次解析了 DNA 和蛋白质折叠形成的 30 纳米染色质的高清晰三维左手双螺旋高级结构。在教科书中,30 纳米染色质纤维被描述为“螺线管”,但该结构从未被正式以结构生物学手段得到解析。这是最基本的分子生物学问题,也是目前为止最有挑战性的结构之一,困扰了全世界的研究人员 30 余年。

生物物理所所长徐涛在接受记者采访时表示,这次重大成果的取得得益于几个因素的不断完善。“30 纳米染色质高级结构是研究所确立的 3 个重大突破之一,而围绕国际一流的科学问题,我们组建了国际一流的研究团队,建设国际一流的科技条件平台,也一直在探索国际一流的体制机制。”

瞄准“硬骨头”

“我们鼓励科学家保持十年磨一剑精神,重视原始创新工作,安心坐冷板凳。”徐涛鼓励所里的科研人员扎扎实实作有长期深远或有重大意义的研究。

生物物理所从贝时璋院士时代到现在始终保持着严谨的学术氛围和宽松和谐的文化环境。

作为从事基础研究的国立科研机构,要产出经得起历史考验的科研成果,生物物理所不仅要善于选择研究战略方向和重点领域,同时还需充分尊重科学家的自主权和学术自由。

李国红和生物大分子国家重点实验室主任许瑞明都从事表观遗传调控研究。2008 年,他们在美国的一次促膝长谈第一次提及 30 纳米染色质纤维超分子复合体的结构与功能。

“我们聊到了表观遗传领域几个悬而未决的重要科学问题,认为解析 30 纳米染色质纤维的结构对于理解表观遗传调控机理将非常重要,因此当年许瑞明主持的科技部‘973’项目中把 30 纳米染色质纤维结构的研究列为重点内容。”李国红告诉记者。这是李国红梦寐以求的未知世界,从 2003 年至今,他一直在为此努力。

2008 年,徐涛、许瑞明等一批从事基础前沿研究的科学家达成共识——包括 30 纳米染色质纤维超分子复合体等在内的一些重大科学的“硬骨头”一定要啃下来。

骨头难啃,因为这个研究的难点之一是样品的制备。在人体内,任何环境细微的变化都会引起 30 纳米染色质的很大变化,而在体外环境下就更难得到高度均一的样品了。另一个难题则是解析结构生物学中常用的 X 射线晶体、核磁共振等方法,在 30 纳米染色质纤维这样一个超大分子复合体面前都无能为力。

“国外只有少数几个实验室坚持下来,大多只是采取内部合作,很难在两个难题上衔接起来,所以进展一直比较缓慢。”李国红说。

2008 年,生物物理所开始着手组建创新课题组团队,早一批进来的科学精英依靠对科学才能的洞察力和对科学研究的深刻理解,选拔杰出人才、支撑他们的研究。

跨学科的“双螺旋”

研究员朱平 2008 年以“百人计划”身份加入到生物物理所生物大分子国家重点实验室,他在美国期间以冷冻电镜和电子断层成像方法为主要手段进行艾滋病病毒的结构和功能研究,具有扎实的工科背景以及丰富的冷冻电镜研究经验。

一次见面,朱平从许瑞明那里得知,以许瑞明正在主持的科技部“973”项目为契机,在中科院生物物理所,一个涵盖冷冻电镜 30 纳米染色质纤维研究的团队雏形已经形成。同时,许瑞明一并将李国红在美国的联系方式留给了朱平。

“这对于我来说是个全新的方向,我立即给李国红打了电话。”初次交流,朱平觉得李国红是个“很实在”的人,加上两人性格和品性相近,老家也离得近,“感觉更近了些”。

李国红早年在德国海德堡大学和马普细胞生物学研究所获博士学位,而后在美国霍华德休斯医学研究院 Danny Reinberg 实验室做博士后。20 年的实验室工作磨炼出他的精湛的样品制作“手艺”和淡定的心态。2009 年,他以“百人计划”身份回国,正式加入到该团队中来。

虽然,两位科学家的实验室不在一个楼层,但他们可谓是“双螺旋结构”般的合作无间——样品由李国红组装好,再由朱平在冷冻电镜技术上做好准备。双方都毫无保留,一旦有进展互相通报讨论。

宽松环境造就多面“狙击手”

朱平刚回国时,生物物理所正在筹建电镜平台。

“所长徐涛认为已经有苗头显示,在结构生物学领域冷冻电镜将有大发展。”朱平的看法与徐涛不谋而合。当他发现电镜平台准备购买的电镜并不是最好的那款,他立即向徐涛提出了建议,并最终得到了支持。

“2008 年,四部委平台建设论证批经费是 2300 万元,而设备购置实际需要 2800 万元,研究所的领导想了很多办法,最终解决了 500 万元的经费缺口。”生物成像中心主任孙飞告诉记者。

重大科学成就无不与技术支撑系统直接相关。在过去三大自然科学诺贝尔奖中,三分之一以上的奖项与仪器手段和方法的创新紧密联系。

徐涛认为,先进的技术手段发展促成了如今 30 纳米染色质高级双螺旋结构解析成果的产出。蛋白质科学平台的建立,使得生物物理所在蛋白质科学领域率先走了一步。

“既要尊重和依靠学术带头人、科技骨干的创造力,同时也要看重和依靠技术支撑人才的创造力。我们要为他们创造一个更好的、更宽松的发展环境,提供必要的经费和物质条件的支持,发挥他们的积极性、主动性,要把两类创造力结合在一起。”徐涛将他们看成生物物理所的财富。

配备编制、体面的薪酬待遇、考核标准是在科学家高水平的论文致谢部分有名字等一系列体制机制保证了生物物理所有一支稳定技术支撑队伍。

也正是这样一支具备了多面狙击手的队伍,并且互相形成有机关联,才能够打硬仗,向高水平科学问题发起挑战。

给科学家 4 年“豁免期”

“所里稳定地给了我几年的支持,许瑞明也不停地鼓励我。”所以,刚刚回国的李国红一开始就瞄准了高难度目标。

而朱平坦言,他在南沟泥河的小院子里能够静下心,干点自己喜欢的事情,并不需要像外界传言那样“到处去跑关系”。

“我以前听人开玩笑说,科学家不是在争取经费的路上就是在评审的路上。经费多头申请迫使科学家哪有钱往哪钻,只能导致研究所科研方向发散。”作为所长,徐涛始终在思考,对于优秀的研究机构,应该考虑给予稳定支持,“还他们自由,让科学家腾出更多时间思考科学问题”。

目前,根据中科院的“一三五”规划,生物物理所将研究方向凝练,集中资源支持三个突破和五个培育方向。“30 纳米染色质纤维超分子复合体的组装和调控机理”就属于突破方向之一“真核膜蛋白和蛋白质复合体结构与功能关系”。

除此之外,中科院战略性先导科技专项也给了科学家自由探索的空间,进一步保证了该联合攻关创新团队的稳定支持。

同时,生物物理所还将科研评估延长为四年一期的国际评估,瞄准国际最高水平。如果评估结果为优秀,研究所又将保证以后四年的稳定经费支持。

“通过科研机制的调整,更稳定的经费支持,我相信科研人员不用扬鞭自奋蹄。”徐涛认为现在已经到了对优秀的团队给予更大更稳定支持的时候了。

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换一换

应该不至于错误百出,只是说原本认为的那套调控机制不存在,可能是走另一条路径调控,但基本原理应该还是没错的。

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