90后结构生物学家万蕊雪坚持做科研不断有进步
在国际学术前沿奋勇拼搏,90后结构生物学家万蕊雪
坚持做科研 不断有进步
西湖大学的实验室里,万蕊雪在做聚合酶链式反应实验。马崇炎摄
人物简介:
万蕊雪,1990年12月生于河南郑州,西湖大学实验室主任、博士生导师。她以第一作者和共同通讯作者身份在《科学》《细胞》等杂志发表论文10余篇,为解析剪接体三维结构、揭示RNA(核糖核酸)剪接过程的分子机理作出了重要贡献。
万蕊雪刚30岁出头,就为攻克"结构生物学的终极挑战"——剪接体三维结构解析及工作机理作出了重要贡献。2016年,入选中国科协"未来女科学家计划";2018年,获《科学》杂志以及多家顶级科研机构联合颁发的青年科学家奖。前不久,她又荣获第十七届中国青年科技奖。
迎接"结构生物学的终极挑战"
万蕊雪依然清楚记得,2013年春节一过,她就从广州中山大学赶到北京,到结构生物学家、清华大学教授施一公的实验室做毕业设计——离自己的梦想又近了一步。少年时代,万蕊雪就立下志愿:长大后当一名科学家,通过自己的研究去帮助更多的人!
进入施一公实验室后,在师姐周丽君的指导下,虚心好学的万蕊雪进步非常快。她很快养成了良好的逻辑思维训练能力,能有条不紊地安排实验,实验技巧也日益娴熟。开组会时,她对实验设计、结果分析等提出的意见、建议,让老师和同学们刮目相看。尽管每天早出晚归、很忙很累,她不仅没有觉得苦,反而感觉很开心。
2013年秋季学期开学后,万蕊雪正式成为施一公的直博研究生。在老师的指导下,她致力于结构生物学领域的剪接体研究。
万蕊雪告诉记者,所谓结构生物学,就是用晶体衍射、核磁共振波谱学、冷冻电镜技术等物理学方法,辅之以生物化学和分子生物学方法,从分子乃至原子分辨率的水平上揭示细胞内的蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的三维结构,进而探究其功能和工作机理。
生命科学领域有一个著名的"中心法则",描述存储在DNA(脱氧核糖核酸)里的遗传信息转化为具有各种结构、执行不同功能的蛋白质的过程。这个过程是遗传信息的表达、传递过程,也是生命体中最重要的活动。植物、动物、人等有细胞核的生物,其遗传信息传递过程可分为三步:第一步是转录,即遗传信息从DNA传递到pre-mRNA(前体信使核糖核酸);第二步是RNA剪接;第三步是翻译,即剪接后成熟的mRNA(信使核糖核酸)指导合成蛋白质。这三个步骤,分别由RNA聚合酶、剪接体和核糖体来完成。
"剪接体是催化RNA剪接的重要分子机器,由几十到几百种蛋白质和5条RNA动态组合而成,被称作‘细胞里最复杂的超大分子复合物’。"万蕊雪进一步解释,要想正确去除一个内含子(不含有效信息的蛋白质片段),并连接外显子(含有有效信息的蛋白质片段),剪接体不仅首先要在pre-mRNA上精准地找到需要剪接的位点,还要变换10多个状态才能完成这一过程,其复杂程度超乎想象。她介绍,"每一条前体信使的RNA剪接在时间和空间上都非常精准,一步搞错,基因的表达和传递就会出错。现有研究发现,人类的遗传疾病中,大约有35%是剪接异常或剪接体突变造成的。"
"在‘中心法则’的三个步骤中,第一步的转录和第三步的翻译,此前科学家已经基本研究清楚。而中间的RNA剪接,全世界的科学家搞了几十年都没有攻克。"万蕊雪说,"因此,解析剪接体的三维结构,被称为结构生物学的终极挑战。"
在国际科研竞逐中屡拔头筹
2015年8月21日凌晨,《科学》杂志在线发表了施一公实验室两篇具有里程碑意义的论文:《3.6埃的酵母剪接体结构》和《前体信使RNA剪接的结构基础》。前者报道了通过单颗粒冷冻电子显微镜(冷冻电镜)方法解析的酵母细胞剪接体近原子水平分辨率的三维结构,后者则在结构解析的基础上阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的基本工作机理。
这两篇文章把分子生物学"中心法则"的分子机理研究向前推进了一大步,得到国际同行的高度评价。
跟随施一公读博士还不到3年的万蕊雪,是两篇文章的共同第一作者,作出了独特贡献。
此后,在施一公指导下,万蕊雪带着师弟师妹乘胜前进,先后完成了8个完全组装工作状态的高分辨率剪接体结构解析,基本搞清了RNA剪接的全过程和工作机理。
施一公实验室率先取得突破之后,国外的几个顶尖实验室也快马加鞭,力求在后续研究中实现赶超。在同样课题近乎白热化的国际竞逐中,施一公实验室几乎都是第一个在终点"撞线"。
作为实验室的主力队员,万蕊雪是怎么做到的?"除了抓住时机,注重实验方法、效率高是最主要的。"她告诉记者,"除此之外,当然还有拼搏。"
2015年到2017年,课题组的工作状态可以用8个字形容——夜以继日、争分夺秒。实验紧张的时候,万蕊雪经常带着几个师弟师妹早出晚归。课题的攻关阶段,通宵作战也是常有的事儿。
科学界推崇"原创""首创",甚至有"科学只有第一、没有第二"的说法。因此,做同一个课题的不同团队,都想抢在竞争对手之前做出成果、发表论文。
"论文发表的时间先后当然很重要,但不应把所有关注点都放在这上面。"在万蕊雪看来,研究结果所能说明的问题、揭示的奥秘,才是最有意思的,也是最值得追求的。
做科研一定要有一股劲儿
博士后期间,万蕊雪先后以共同第一作者的身份,又在《科学》《细胞》杂志各发表了一篇文章。这两篇文章,解析了剪接体循环中最后3个状态的高分辨率结构。至此,在施一公的指导下,她和合作者拿到了整个RNA剪接过程的所有结构,在这场国际"竞赛"中取得了胜利。2020年4月,万蕊雪加入西湖大学,建立了自己的实验室,开始了独立的科研生涯。
她告诉记者,自己正以剪接体及RNA剪接机理研究为切入点,继续深化相关研究,力争在重要大分子机器的分子机理研究中有所突破。
说到做科研的心得,喜欢长跑的万蕊雪说:"跑步有很枯燥的时候,有很激动的时候,也有很难坚持的时候……起起伏伏,跟做科研很像,最像的地方就是需要坚持。"
她说,自己做科研也有感觉"做不下去"的时候,但是再坚持坚持,过一阵可能就会峰回路转,看到希望,"做科研这个事情一定要有一股劲儿、一个信念。只要一直坚持,用心去做,肯定会越来越进步。"
"并不是所有的基础研究都能开发出新药、治病救人,你现在还坚持少年时的梦想吗?"记者问。
"我依然认为,科学研究是治疗疾病的根本途径。但无论是科学探索还是治疗疾病,远不是自己之前想象的那么简单。"万蕊雪说,每个人做一点,可能就慢慢地把这个事儿给做成了。
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