施一公團隊照片。清華大學(xué)供圖

8月21日凌晨，一位德國同行的電話，打亂了清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長施一公的工作計劃。這位德國同行，剛剛看到了《科學(xué)》在線發(fā)表的施一公團隊撰寫的兩篇關(guān)于剪接體結(jié)構(gòu)及其工作機理的研究長文。

這幾天，有關(guān)施一公的“新聞”不斷。6天前的8月18日，他的研究團隊剛剛在《自然》在線發(fā)表了一篇研究長文，首次揭示了分辨率高達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)病機理提供了重要基礎(chǔ)。翌日，他擬任清華大學(xué)副校長的任命，進入公示期。

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

21日中午，記者第一時間趕到清華大學(xué)，與施一公和他的3名85后團隊成員展開了一場對話。

“不可能完成的任務(wù)”

記者：剪接體結(jié)構(gòu)解析被公認是結(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：要說完成，首先得開始做。這么多年，世界級難題——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。但由于研究它實在是難度太大，而科研方法與技術(shù)又相對不成熟，所以，很多科學(xué)家都沒有冒險進入這個領(lǐng)域。

早在10多年前，我就曾想研究剪接體結(jié)構(gòu)，但也是因為膽量不夠，擱置了下來。直到6年前，經(jīng)過反復(fù)的研討和認真的準備，我終于下定決心，進入這個領(lǐng)域研究。

杭婧（施一公團隊成員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士研究生）：剛剛加入施老師的團隊，就被通知要做這樣一個“最難”課題，壓力很大。我也經(jīng)常在想，國內(nèi)外很多強有力的競爭對手，都在這一領(lǐng)域里探索了多年，我們進入的時間不長，沒有太多經(jīng)驗，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)開始，積累經(jīng)驗、樹立信心，逐步接近目標。這些工作漸漸取得了一些成果，例如2014年初，團隊首次報道了剪接體復(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》。但這些成果遠遠不夠。

記者：什么時候開始真正進入剪接體結(jié)構(gòu)的解析？

萬蕊雪（施一公團隊成員、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，做了無數(shù)次實驗，最后在施老師的指點下，確定選擇裂殖酵母作為實驗對象�，F(xiàn)在看來，這個實驗對象找得很準。

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。這是我們實驗室的絕招。

杭婧：的確如此。具體的實驗步驟很難用言語表達清楚。不過，這也正是我們實驗室的優(yōu)勢所在，可以在前輩的引領(lǐng)下少走彎路。

施一公：我們團隊的閆創(chuàng)業(yè)改進了計算方法和單顆粒篩選方法，實現(xiàn)了針對局部區(qū)域的精細優(yōu)化，從而計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。這是一種我們針對這個課題專門發(fā)展的計算方法。

記者：每一個重大成果的背后，都不會一帆風(fēng)順。

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

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)工作四十二個小時未眠。人生能有幾回搏？

閆創(chuàng)業(yè)（施一公團隊成員、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論文，經(jīng)常要熬到第二天早上五六點。工作結(jié)束后，我們仨沒什么事，就回去補覺。但施老師早上八點就要給學(xué)生上課，下午緊接著還有會議，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驗室，開始加班加點撰寫這項科研成果的學(xué)術(shù)論文。凌晨3點，我突然發(fā)現(xiàn)自己尾椎以下動不了了，緩了十多分鐘，才有知覺。我趕緊跑到樓道猛走了幾圈，見有好轉(zhuǎn)，我才坐下來繼續(xù)寫論文。

杭婧：當時真的把我們嚇壞了。

記者：從什么時候開始，看到了希望？

杭婧：在課題小組長周麗君博士畢業(yè)出國接受博士后訓(xùn)練之后，課題的重擔(dān)落在了我和萬蕊雪身上。沒有了師兄、師姐可以請教，我們只能依靠閱讀大量的文獻和反復(fù)進行試驗來不斷探索前行。到了課題的攻堅階段，每天在實驗室的工作時間能達到14到16小時。今年3月底，當我們第一次在電鏡下看到蛋白大概的樣子時，我們簡直高興到“爆”，覺得希望來了。

施一公：之前我還和他們說，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，我們驚喜連連，從11埃到5埃，再從5埃到3.9埃，最后是3.6埃！跟白日做夢似的。

科學(xué)研究不能憑運氣，更沒有捷徑

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

施一公：可能有人會說，施一公完全是運氣好，但我要強調(diào)的是，科學(xué)研究不能憑運氣，更沒有捷徑。我們所創(chuàng)造的每一點進步，都是整個團隊用努力換來的。

僅就剪接體的科研成果而言，我認為，我們有著足夠的膽量去挑戰(zhàn)這個“終極難題”�？上驳氖�，這三名學(xué)生和我一起挺了過來，我為他們驕傲。杭婧和萬蕊雪從2014年初開始，已經(jīng)有一年半的時間沒有發(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。這三個人每個人都有自己的專長，并且在專長的領(lǐng)域里達到了很高的水平。正因為他們都在科研上訓(xùn)練有素，才使我們的團隊能率先取得這一成果。

杭婧：施老師是我們團隊的總指揮和軍師。他在課題選擇上很有遠見，不跟風(fēng)，而是把握合適的時機。同時，他又特別嚴謹細致，邏輯分析能力很強，指導(dǎo)我們努力的方向。

萬蕊雪：每次我們做完實驗，都會與施老師進行一次全面檢驗。他會提出很多細節(jié)問題，幫助我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計上的漏洞。施老師每周末都會給我們開會，討論科研進展、分析問題等等，雷打不動。

施一公：在我看來，經(jīng)過持續(xù)不斷的科學(xué)訓(xùn)練，他們的水平確實有了提高。小閆是清華化學(xué)生物基科班的本科生，從2008年加入我的實驗室后，就開始學(xué)習(xí)用X射線解析晶體結(jié)構(gòu)，后來他又開始學(xué)習(xí)使用冷凍電鏡，始終專注在數(shù)據(jù)處理和建模領(lǐng)域。如今，他已開始自己開發(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)域最高水平的專家之一。一些國際知名研究團隊都在“挖”他。

所有因素拼湊在一起，才會有現(xiàn)在的成果

記者：在科研方法上，你們是否也有了新的進展？

施一公：的確。一直以來，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，屬于比較大的細胞機器，而且是由多個核酸蛋白亞復(fù)合物組成的動態(tài)結(jié)構(gòu)，很難獲得晶體進行結(jié)構(gòu)解析。

因此，可以說，如果沒有冷凍電鏡技術(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，我就曾和時任清華大學(xué)黨委書記的陳希說，希望可以投資建立冷凍電鏡平臺，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冷凍電鏡平臺，也是當今世界最大的平臺之一。

我想說的是，只有把所有的因素拼湊在一起，才會有現(xiàn)在的科研成果。

記者：接下來，你的團隊要做什么？

施一公：接下來要做的是將工作進一步細化，通過富集等手段，進一步獲得剪接體的相關(guān)數(shù)據(jù)，以期能對生命過程和機理有更深入的了解。

萬蕊雪：科研道路哪有盡頭可言？對待每次實驗，我們都要加倍小心，不能覺得已經(jīng)做過很多、很熟練了，就隨便對待。

記者：幾天前，清華大學(xué)信息門戶發(fā)布了施一公擬任清華大學(xué)副校長的任命公示。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，課時只會多、不會少。我也不會減少與學(xué)生們的溝通交流，同時也會盡力保障科研時間，爭取帶領(lǐng)我的團隊再創(chuàng)佳績。（本報北京8月23日電 本報記者 晉浩天）

剪接體研究歷史及現(xiàn)狀

本報記者 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利用細胞核提取物進行體外剪接的活性實驗。

然而，由于形態(tài)多變、成分復(fù)雜，剪接體的結(jié)構(gòu)解析一直被公認為世界結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的重大難題。加上一直沒有合適的研究技術(shù)，導(dǎo)致從1983年至2014年，各國科學(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 施一公此項成果發(fā)布之前，國際結(jié)構(gòu)生物學(xué)界最新的進展是今年6月24日，英國MRC分子生物學(xué)實驗室Kiyoshi Nagai研究組在《自然》在線發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文，將剪接體組裝過程中所涉及的一個復(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個埃，一度引起國際學(xué)術(shù)界的轟動。而此前，人類對基因剪接體的認識精度只有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 白的氨基酸細節(jié)。

而施一公團隊得到的結(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節(jié)，而且其解析對象是真正的剪接體，而不是Kiyoshi Nagai團隊所取得的參與剪接體組裝過程的復(fù)合物，從而第一次在近原子分辨率上看到了剪接體的細節(jié)。

據(jù) 了解，當前開展剪接體研究的國際團隊不在少數(shù)，其中最前沿的除了上述的Kiyoshi Nagai團隊，還有德國的Reinhard Lührmann團隊、美國馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Melissa Moore團隊、哈佛大學(xué)的Robin Reed團隊、范德堡大學(xué)的Kathleen Gould團隊，英國MRC分子生物實驗室Kiyoshi Nagai團隊、愛丁堡大學(xué)Jean Beggs團隊，以及中國臺灣陽明大學(xué)的Soo-Chen Cheng團隊。（本報記者 晉浩天整理）

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