施一公團(tuán)隊(duì)照片。清華大學(xué)供圖

8月21日凌晨，一位德國(guó)同行的電話，打亂了清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)施一公的工作計(jì)劃。這位德國(guó)同行，剛剛看到了《科學(xué)》在線發(fā)表的施一公團(tuán)隊(duì)撰寫(xiě)的兩篇關(guān)于剪接體結(jié)構(gòu)及其工作機(jī)理的研究長(zhǎng)文。

這幾天，有關(guān)施一公的“新聞”不斷。6天前的8月18日，他的研究團(tuán)隊(duì)剛剛在《自然》在線發(fā)表了一篇研究長(zhǎng)文，首次揭示了分辨率高達(dá)3.4埃的人體γ-分泌酶的電鏡結(jié)構(gòu)，為理解阿爾茨海默癥的發(fā)病機(jī)理提供了重要基礎(chǔ)。翌日，他擬任清華大學(xué)副校長(zhǎng)的任命，進(jìn)入公示期。

然而，這一次，施一公說(shuō)，這兩篇論文帶給他的興奮，超出了過(guò)去25年科研生涯的總和。

21日中午，記者第一時(shí)間趕到清華大學(xué)，與施一公和他的3名85后團(tuán)隊(duì)成員展開(kāi)了一場(chǎng)對(duì)話。

“不可能完成的任務(wù)”

記者：剪接體結(jié)構(gòu)解析被公認(rèn)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的終極難題，你們是如何完成這看似“不可能完成的任務(wù)”的？

施一公：要說(shuō)完成，首先得開(kāi)始做。這么多年，世界級(jí)難題——剪接體結(jié)構(gòu)解析一直擺在那里，結(jié)構(gòu)生物學(xué)界所有的科學(xué)家都知道。但由于研究它實(shí)在是難度太大，而科研方法與技術(shù)又相對(duì)不成熟，所以，很多科學(xué)家都沒(méi)有冒險(xiǎn)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。

早在10多年前，我就曾想研究剪接體結(jié)構(gòu)，但也是因?yàn)槟懥坎粔�，擱置了下來(lái)。直到6年前，經(jīng)過(guò)反復(fù)的研討和認(rèn)真的準(zhǔn)備，我終于下定決心，進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域研究。

杭婧（施一公團(tuán)隊(duì)成員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生）：剛剛加入施老師的團(tuán)隊(duì)，就被通知要做這樣一個(gè)“最難”課題，壓力很大。我也經(jīng)常在想，國(guó)內(nèi)外很多強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，都在這一領(lǐng)域里探索了多年，我們進(jìn)入的時(shí)間不長(zhǎng)，沒(méi)有太多經(jīng)驗(yàn)，真的能夠做好嗎？

施一公：我很理解學(xué)生們的心情。所以，我就讓他們從小處著手，從解析剪接體復(fù)合物中的一些重要組成蛋白的結(jié)構(gòu)開(kāi)始，積累經(jīng)驗(yàn)、樹(shù)立信心，逐步接近目標(biāo)。這些工作漸漸取得了一些成果，例如2014年初，團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了剪接體復(fù)合物中重要組成蛋白Lsm七聚體及其在RNA結(jié)合狀態(tài)下的晶體結(jié)構(gòu)，文章發(fā)表于《自然》。但這些成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

記者：什么時(shí)候開(kāi)始真正進(jìn)入剪接體結(jié)構(gòu)的解析？

萬(wàn)蕊雪（施一公團(tuán)隊(duì)成員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生）：去年年底，我們真正開(kāi)始做剪接體蛋白純化的工作，我和杭婧查閱了大量的科研文獻(xiàn)，做了無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，最后在施老師的指點(diǎn)下，確定選擇裂殖酵母作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象�，F(xiàn)在看來(lái)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象找得很準(zhǔn)。

施一公：純化工作做得非常棒。擁有極為成熟的樣品處理方法同樣很關(guān)鍵。我們可以讓蛋白質(zhì)服服帖帖、性質(zhì)穩(wěn)定，成為適合結(jié)構(gòu)解析的樣品。這是我們實(shí)驗(yàn)室的絕招。

杭婧：的確如此。具體的實(shí)驗(yàn)步驟很難用言語(yǔ)表達(dá)清楚。不過(guò)，這也正是我們實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)所在，可以在前輩的引領(lǐng)下少走彎路。

施一公：我們團(tuán)隊(duì)的閆創(chuàng)業(yè)改進(jìn)了計(jì)算方法和單顆粒篩選方法，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)局部區(qū)域的精細(xì)優(yōu)化，從而計(jì)算出了高分辨率的酵母剪接體的冷凍電鏡三維重構(gòu)密度圖。這是一種我們針對(duì)這個(gè)課題專(zhuān)門(mén)發(fā)展的計(jì)算方法。

記者：每一個(gè)重大成果的背后，都不會(huì)一帆風(fēng)順。

施一公：當(dāng)然，數(shù)據(jù)收集和處理是一件相當(dāng)麻煩的事情。他們?nèi)齻�(gè)人要24小時(shí)輪流“趴”在電鏡平臺(tái)和計(jì)算機(jī)前，每半分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，平均一個(gè)人一天要做960次記錄。我記得有一次，小閆受不了了，跑來(lái)跟我說(shuō)：施老師，咱能不能再招兩個(gè)能熬夜的新人。

記者：昨天，我加了杭婧的微信，看了看她的朋友圈，發(fā)現(xiàn)有這么兩條狀態(tài)：6月5日凌晨4：07，體重狂掉十斤……6月18日凌晨2：20，算一算，已經(jīng)連續(xù)工作四十二個(gè)小時(shí)未眠。人生能有幾回搏？

閆創(chuàng)業(yè)（施一公團(tuán)隊(duì)成員、清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士）：六月份，我們和施老師一起寫(xiě)論文，經(jīng)常要熬到第二天早上五六點(diǎn)。工作結(jié)束后，我們仨沒(méi)什么事，就回去補(bǔ)覺(jué)。但施老師早上八點(diǎn)就要給學(xué)生上課，下午緊接著還有會(huì)議，真的很累。

施一公：六月上旬的一天凌晨，我忙完了所有事后回到實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)始加班加點(diǎn)撰寫(xiě)這項(xiàng)科研成果的學(xué)術(shù)論文。凌晨3點(diǎn)，我突然發(fā)現(xiàn)自己尾椎以下動(dòng)不了了，緩了十多分鐘，才有知覺(jué)。我趕緊跑到樓道猛走了幾圈，見(jiàn)有好轉(zhuǎn)，我才坐下來(lái)繼續(xù)寫(xiě)論文。

杭婧：當(dāng)時(shí)真的把我們嚇壞了。

記者：從什么時(shí)候開(kāi)始，看到了希望？

杭婧：在課題小組長(zhǎng)周麗君博士畢業(yè)出國(guó)接受博士后訓(xùn)練之后，課題的重?fù)?dān)落在了我和萬(wàn)蕊雪身上。沒(méi)有了師兄、師姐可以請(qǐng)教，我們只能依靠閱讀大量的文獻(xiàn)和反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)不斷探索前行。到了課題的攻堅(jiān)階段，每天在實(shí)驗(yàn)室的工作時(shí)間能達(dá)到14到16小時(shí)。今年3月底，當(dāng)我們第一次在電鏡下看到蛋白大概的樣子時(shí)，我們簡(jiǎn)直高興到“爆”，覺(jué)得希望來(lái)了。

施一公：之前我還和他們說(shuō)，咱們做到20埃以下，就把論文發(fā)表了，讓大家知道你們的研究成果。但在今年4月做數(shù)據(jù)處理時(shí)，我們驚喜連連，從11埃到5埃，再?gòu)?埃到3.9埃，最后是3.6埃！跟白日做夢(mèng)似的。

科學(xué)研究不能憑運(yùn)氣，更沒(méi)有捷徑

記者：四天前，你剛剛在《自然》上發(fā)表了一篇研究長(zhǎng)文�，F(xiàn)在，你又在《科學(xué)》連發(fā)兩篇學(xué)術(shù)論文。為什么又是你的團(tuán)隊(duì)先拔頭籌？

施一公：可能有人會(huì)說(shuō)，施一公完全是運(yùn)氣好，但我要強(qiáng)調(diào)的是，科學(xué)研究不能憑運(yùn)氣，更沒(méi)有捷徑。我們所創(chuàng)造的每一點(diǎn)進(jìn)步，都是整個(gè)團(tuán)隊(duì)用努力換來(lái)的。

僅就剪接體的科研成果而言，我認(rèn)為，我們有著足夠的膽量去挑戰(zhàn)這個(gè)“終極難題”�？上驳氖�，這三名學(xué)生和我一起挺了過(guò)來(lái)，我為他們驕傲。杭婧和萬(wàn)蕊雪從2014年初開(kāi)始，已經(jīng)有一年半的時(shí)間沒(méi)有發(fā)表任何學(xué)術(shù)論文，一直潛心做研究，我知道，他們的壓力非常大。這三個(gè)人每個(gè)人都有自己的專(zhuān)長(zhǎng)，并且在專(zhuān)長(zhǎng)的領(lǐng)域里達(dá)到了很高的水平。正因?yàn)樗麄兌荚诳蒲猩嫌?xùn)練有素，才使我們的團(tuán)隊(duì)能率先取得這一成果。

杭婧：施老師是我們團(tuán)隊(duì)的總指揮和軍師。他在課題選擇上很有遠(yuǎn)見(jiàn)，不跟風(fēng)，而是把握合適的時(shí)機(jī)。同時(shí)，他又特別嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，邏輯分析能力很強(qiáng)，指導(dǎo)我們努力的方向。

萬(wàn)蕊雪：每次我們做完實(shí)驗(yàn)，都會(huì)與施老師進(jìn)行一次全面檢驗(yàn)。他會(huì)提出很多細(xì)節(jié)問(wèn)題，幫助我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的漏洞。施老師每周末都會(huì)給我們開(kāi)會(huì)，討論科研進(jìn)展、分析問(wèn)題等等，雷打不動(dòng)。

施一公：在我看來(lái)，經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷的科學(xué)訓(xùn)練，他們的水平確實(shí)有了提高。小閆是清華化學(xué)生物基科班的本科生，從2008年加入我的實(shí)驗(yàn)室后，就開(kāi)始學(xué)習(xí)用X射線解析晶體結(jié)構(gòu)，后來(lái)他又開(kāi)始學(xué)習(xí)使用冷凍電鏡，始終專(zhuān)注在數(shù)據(jù)處理和建模領(lǐng)域。如今，他已開(kāi)始自己開(kāi)發(fā)電鏡結(jié)構(gòu)解析的方法，也許已經(jīng)成為全世界該領(lǐng)域最高水平的專(zhuān)家之一。一些國(guó)際知名研究團(tuán)隊(duì)都在“挖”他。

所有因素拼湊在一起，才會(huì)有現(xiàn)在的成果

記者：在科研方法上，你們是否也有了新的進(jìn)展？

施一公：的確。一直以來(lái)，研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有三種主要方法：X射線晶體衍射、核磁共振、單顆粒冷凍電子顯微學(xué)（冷凍電鏡）。過(guò)去用得更多的是X射線晶體衍射。但是，剪接體非常特殊，屬于比較大的細(xì)胞機(jī)器，而且是由多個(gè)核酸蛋白亞復(fù)合物組成的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，很難獲得晶體進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。

因此，可以說(shuō)，如果沒(méi)有冷凍電鏡技術(shù)，就完全不可能得到剪接體近原子水平的分辨率。當(dāng)然，這也得益于近些年冷凍電鏡在技術(shù)上取得的革命性突破。很早以前，我就曾和時(shí)任清華大學(xué)黨委書(shū)記的陳希說(shuō)，希望可以投資建立冷凍電鏡平臺(tái)，很快就得到了學(xué)校的支持，清華也因此擁有了全亞洲第一臺(tái)冷凍電鏡平臺(tái)，也是當(dāng)今世界最大的平臺(tái)之一。

我想說(shuō)的是，只有把所有的因素拼湊在一起，才會(huì)有現(xiàn)在的科研成果。

記者：接下來(lái)，你的團(tuán)隊(duì)要做什么？

施一公：接下來(lái)要做的是將工作進(jìn)一步細(xì)化，通過(guò)富集等手段，進(jìn)一步獲得剪接體的相關(guān)數(shù)據(jù)，以期能對(duì)生命過(guò)程和機(jī)理有更深入的了解。

萬(wàn)蕊雪：科研道路哪有盡頭可言？對(duì)待每次實(shí)驗(yàn)，我們都要加倍小心，不能覺(jué)得已經(jīng)做過(guò)很多、很熟練了，就隨便對(duì)待。

記者：幾天前，清華大學(xué)信息門(mén)戶發(fā)布了施一公擬任清華大學(xué)副校長(zhǎng)的任命公示。今后，你將如何調(diào)整教學(xué)、科研、行政方面的時(shí)間與精力？

施一公：教學(xué)仍將是我的重要工作。我每學(xué)期要上100節(jié)課。今后，課時(shí)只會(huì)多、不會(huì)少。我也不會(huì)減少與學(xué)生們的溝通交流，同時(shí)也會(huì)盡力保障科研時(shí)間，爭(zhēng)取帶領(lǐng)我的團(tuán)隊(duì)再創(chuàng)佳績(jī)。（本報(bào)北京8月23日電 本報(bào)記者 晉浩天）

剪接體研究歷史及現(xiàn)狀

本報(bào)記者 晉浩天 1977年，Richard Roberts和Philip Sharp首次發(fā)現(xiàn)了基因剪接現(xiàn)象。1983年，Joan Steitz首次分離組成剪接體復(fù)合物的亞基組合。同年，Philip Sharp和Walter Keller利用細(xì)胞核提取物進(jìn)行體外剪接的活性實(shí)驗(yàn)。

然而，由于形態(tài)多變、成分復(fù)雜，剪接體的結(jié)構(gòu)解析一直被公認(rèn)為世界結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的重大難題。加上一直沒(méi)有合適的研究技術(shù)，導(dǎo)致從1983年至2014年，各國(guó)科學(xué)家雖從未間斷研究，但僅僅獲得剪接體部分重要組分的晶體結(jié)構(gòu)和各種分辨率較低的電鏡密度圖。

在 施一公此項(xiàng)成果發(fā)布之前，國(guó)際結(jié)構(gòu)生物學(xué)界最新的進(jìn)展是今年6月24日，英國(guó)MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室Kiyoshi Nagai研究組在《自然》在線發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文，將剪接體組裝過(guò)程中所涉及的一個(gè)復(fù)合物三小核核糖核蛋白結(jié)構(gòu)（tri-snRNP）的分辨率提高到了 5.9個(gè)埃，一度引起國(guó)際學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。而此前，人類(lèi)對(duì)基因剪接體的認(rèn)識(shí)精度只有29埃。Nagai的最新工作較之以前有了質(zhì)的飛躍，但是還看不清組成蛋 白的氨基酸細(xì)節(jié)。

而施一公團(tuán)隊(duì)得到的結(jié)果，不僅將精度由5.9埃提高到了3.6埃，可以清楚看到氨基酸的細(xì)節(jié)，而且其解析對(duì)象是真正的剪接體，而不是Kiyoshi Nagai團(tuán)隊(duì)所取得的參與剪接體組裝過(guò)程的復(fù)合物，從而第一次在近原子分辨率上看到了剪接體的細(xì)節(jié)。

據(jù) 了解，當(dāng)前開(kāi)展剪接體研究的國(guó)際團(tuán)隊(duì)不在少數(shù)，其中最前沿的除了上述的Kiyoshi Nagai團(tuán)隊(duì)，還有德國(guó)的Reinhard Lührmann團(tuán)隊(duì)、美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Melissa Moore團(tuán)隊(duì)、哈佛大學(xué)的Robin Reed團(tuán)隊(duì)、范德堡大學(xué)的Kathleen Gould團(tuán)隊(duì)，英國(guó)MRC分子生物實(shí)驗(yàn)室Kiyoshi Nagai團(tuán)隊(duì)、愛(ài)丁堡大學(xué)Jean Beggs團(tuán)隊(duì)，以及中國(guó)臺(tái)灣陽(yáng)明大學(xué)的Soo-Chen Cheng團(tuán)隊(duì)。（本報(bào)記者 晉浩天整理）

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