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灣區逐夢 | 戴俊彪:生命科學之路上的長跑者

時間:2019-11-01  來源:光明日報 黨文婷 文本大小:【 |  | 】  【打印

  【慶祝新中國成立70周年,獻禮中科院建院70周年,深圳先進院推出“引領科學風尚 傳承科學精神”系列人物報道,樹立先進典型,凝聚榜樣力量,講述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘揚他們胸懷祖國、服務人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創新精神,追求真理、嚴謹治學的求實精神,淡泊名利、潛心研究的奉獻精神,集智攻關、團結協作的協同精神,甘為人梯、獎掖后學的育人精神。】

 

  合成生物學,最早是由于人們發現了一些基因調控的開關,因此開始探索能否通過改變染色體來調控基因表達、控制生物生長的學科。早在2006年,國際研究者們就針對釀酒酵母這一工業生產中使用最為廣泛的微生物展開了相關研究,這當中也不乏我國科學家們的身影。

  中國科學院深圳先進院合成生物學研究所副所長、黨總支書記戴俊彪研究員就是他們中的一員,作為國際合作項目“人工合成酵母基因組計劃(Sc2.0)”的主要參與團隊之一,2017年,戴俊彪團隊成功完成了酵母中最長染色體(12號合成染色體)的人工合成,該成果入選2017年度中國科學十大進展、中國高等學校十大科技進展、中國科技進展十大新聞,被認為是合成生物學上的一個里程碑。

△ 深圳先進合成生物學研究所副所長、黨總支書記戴俊彪研究員

  與合成酵母“結緣”

  2000年,戴俊彪從清華大學碩士畢業后去美國讀博時開始了分子生物學方向的研究,2006年在約翰霍普金斯大學博士后期間開始參與整個釀酒酵母基因組合成的研究。

  “合成生物學,實際上是用工程的理念去研究生命科學,例如了解細胞是怎樣變成器官,再變成個體的過程,然后試著看能不能人為操縱這個過程......”一談起自己所從事的研究,戴俊彪研究員就變得非常投入,語氣中充滿了熱情。

  為什么要選擇酵母菌而不是其它?戴俊彪告訴記者,作為一種很好的工業微生物,釀酒酵母在酶、食品、藥品、商用化學品以及能源領域有著大量的應用。通過人工合成染色體,可以改變它的一些特性,有著深刻的科學意義。

△ 戴俊彪研究員指導學生做實驗

  “大家都覺得這是一種簡單的單細胞生物,但實際上看似是簡單的東西,里面有很多生物學機制還是不清楚的,所以我們希望能夠利用這項研究作為一個模式,看到這些DNA片段的生物學功能是什么,例如看到DNA和釀酒酵母表型、功能之間的關系。”戴俊彪說。

  而這項研究的產業意義也同樣不容小覷。例如發酵過程中產生的乙醇,對細胞是有抑制作用或者傷害作用的。當乙醇的量達到百分之十幾以上,對細胞的生長就有很大的抑制,利用合成生物學可以改變這一點。釀酒酵母還可以作為“細胞工廠”來生產青蒿素等,通過染色體的重排,就有可能實現突破,獲得更高的產量。

  躬耕方知行路難,這段“科普”聽上去簡潔明了,實際上整個工程覆蓋1200多萬個堿基對,從2006年到2011年,整整五年時間,才完成了1%的酵母基因組的設計合成,撰寫了第一篇文章,發表在《自然》雜志上。

  攬下那條“最長的染色體”

  2012年,為了加快研究進度,項目組決定開展國際合作,把十幾條染色體進行分組,由來自全球10所高校的200多名科學家分工。剛剛回到國內在清華大學組建實驗室的戴俊彪研究員極力促成了中國團隊的加入,并認領了16條染色體中長度最長、功能最特殊12號染色體。

  “染色體包含了很多遺傳信息,可以變成細胞里發揮功能的蛋白,使之成為生物的表型,我們要通過改變這些染色體來控制這個功用。”戴俊彪說。

  這項研究難點在于,要用設計好的DNA把整條染色體上的堿基一個一個全部取代,而天然酵母12號染色體上面有約250萬個堿基對。實驗室的任務是將一段段劃分好的天然染色體“替換”成由化學物質合成的人工染色體,經常會遇到人工合成的部分一加入,酵母停止生長的狀況,嚴重影響實驗進度。“就和二手房裝修一樣,萬一不小心拆了承重墻,整個就塌了。”

△ “人工合成酵母基因組計劃”成果登上《科學》

  為此,戴俊彪團隊想了許多辦法,終于找出了問題區域,并針對性地重新構建。終于,實驗成功了,2017年3月,他與國際合作團隊在《科學》雜志上以封面專刊同期發表了七篇論文,5條酵母人工染色體被攻克,來自中國的3個研究團隊占據其中4條,被視作合成生物學里程碑式的進展。

  2018年5月,《自然·通訊》以專刊形式七篇齊發,聚焦中、英、美、德四國科研團隊在合成酵母菌株應用的重大突破。戴俊彪本人也于當年獲得了我國生命科學領域最具影響力之一的“談家楨生命科學創新獎”。

  因熱愛而堅持

  很多人會問,這種艱難的、十數年如一日甚至看似枯燥的研究,是如何堅持的?答案是熱愛。熱愛,讓這份看似枯燥的工作變成了有趣的探索,也讓這條漫長的道路變成越戰越勇的旅程。

  “我從讀博時就開始接觸酵母了,一直都覺得非常有趣。”戴俊彪說,“堅持的目標就是兩個,一個是科學目標,另一個是產業目標。”

  通過設計了一套讓基因重組排列的誘導系統,戴俊彪團隊讓自然界中需要漫長的時間(甚至長達上億年)才能完成的性狀進化過程,在短短幾天之內就能完成,從而篩選出有用的遺傳物質和細胞,使外源代謝途徑優化、底盤細胞適配以及菌株耐受性提高,極大提升了目標產物的產量。

△ 戴俊彪及其團隊

  2017年,戴俊彪選擇南下來到了深圳,加入深圳先進院,繼續科研事業。如今的他,在這座創新的城市,繼續著自己科研路上的奮斗。每天早上到實驗室之后,要忙到晚上十一二點鐘才回家,幾乎天天如此。

  “目前深圳在創新方面做的非常多,強調基礎研究的布局,投入也非常大,有很多年輕的研究者們都來到這里,產生了集聚效應;并且深圳沒有很多條條框框的束縛,來到這里可以真正開展一些更大踏步的研究。”戴俊彪說。

  科研之外,戴俊彪還很希望能站在三尺講臺上,為培養下一代的生命科學人才做點事。“學生命科學是很辛苦的,要選擇真正熱愛的事業,一旦選擇了,就要堅持攀登高峰,”戴俊彪常常鼓勵學生們,“希望他們成為能推動整個生命科學產業發展的人才,提升我國生命科學研究的國際地位,為相關產業發展打開更廣闊的天地。”

 

  中共黨員戴俊彪:眾人拾柴火焰高,愿與合成所各位同志一起不忘科研初心,牢記黨員使命,在合成生物學領域持續開拓,不斷創新。

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