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      2021“科學探索獎”獲得者徐彥輝:持續研究20年,在分子生物學前沿開疆拓土

      發表時間:2021-09-15  |  閱讀次數:19次  |  字體大小 [ ]

      913日,2021科學探索獎獲獎名單公布,50位青年科學家獲獎。復旦大學附屬腫瘤醫院、生物醫學研究院徐彥輝以他在生命科學領域的表現,脫穎而出。

      “科學探索獎”是由騰訊基金會出資支持、科學家主導的公益性獎項,是目前國內金額最高的青年科技人才資助計劃之一。今年,復旦大學有2位青年科學家獲獎:分別是生命科學領域的徐彥輝,數學物理學領域沈維孝。兩年來,復旦總共5位老師獲獎。2020年,復旦獲獎的青年科學家有數學物理學領域張遠波、化學新材料領域劉智攀、生命科學領域魯伯塤。

      在祝賀徐彥輝教授的同時,讓我們共同聆聽他在生命科學領域不懈探索的故事。

      徐彥輝,復旦大學附屬腫瘤醫院、生物醫學研究院雙聘教授、博士生導師。長期從事結構生物學研究,利用生化和結構生物學方法,研究基因表達調控等關鍵蛋白質的結構與功能。

      在生命科學快速發展的今天,我們體內每天進行的生命活動,人類是否皆已悉數洞察?在結構生物學的世界中,復旦大學附屬腫瘤醫院、生物醫學研究院徐彥輝教授開疆拓土,在科研前沿描繪著生物大分子機器“運轉”的本質。

      “以往絕大部分的基因轉錄研究運用的只是一個簡化的模型,實質上是用一種特例解釋所有情況。而我們的研究成果,從更廣義的層面上還原了生命活動的本質。”

      徐彥輝團隊的研究,刷新了學界以往的認知,拓展著人們對于基因轉錄的理解——從去年年初至今,徐彥輝帶領團隊在《科學》(Science)雜志連發4篇長文,揭示了轉錄起始的基本機制,其中最新的研究成果作為封面文章,顛覆了經典教科書上對于啟動子識別的傳統看法,也為調控和干預疾病的異常基因表達研究提供了理論上的參考。徐彥輝團隊在《科學》(Science)雜志發表的論文中,解析了25種復合物冷凍電鏡結構,涵蓋了不同轉錄前起始復合物(preinitiation complexPIC)組裝階段、不同功能狀態及啟動子類型,全面地回答了轉錄起始階段若干重要的科學問題。”中國科學院院士饒子和在針對徐彥輝發表在《科學》(Science)期刊上最新的文章點評中表示。

      徐彥輝團隊在《科學》(Science)雜志發表了研究長文(Research Article)《人源中介體復合物及其結合轉錄前起始復合物的結構研究》(“Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex”

      持續研究二十年,向著結構生物學的“珠穆朗瑪峰”進發

      徐彥輝在結構生物學領域的研究,從研究生開始,至今已經持續了二十余年。“在細胞里面,有千萬量級的蛋白質。只有獲得這些蛋白的三維結構,才能很好地理解它的功能。”而他最新的研究突破,也正是通過冷凍電鏡技術,揭示了轉錄起始過程中重要蛋白復合物的分子機制,其結構及其所提示的功能關聯性對后續轉錄機制研究具有重要的指導意義,將分子生物學領域相關研究推到了一個新的高度。

      遺傳信息在細胞內的生物大分子間轉移的基本法則被稱作“中心法則”,是分子生物學中描述細胞生命活動最基本、最重要的規律,在過去半個多世紀都是生命科學領域的研究重點和熱點。“這是我們做結構的、做生物的,所有學者一定會想到和感興趣的研究方向,因為這幾乎是細胞內最復雜的一個體系,是一個亟需結構生物學來回答的重要科學問題”。

      但是客觀上,相關研究確實有較大難度,加之學界相關領域的研究成果幾乎為國外幾個主要的實驗室所主導,所以盡管國內外學者普遍認識到該領域研究的重要性,卻仍礙于較高的研究門檻和占據統治地位的學界大拿而“望而生畏”。

      徐彥輝團隊如何在短短5年的時間里,做出達到甚至一定程度超越國際頂尖實驗室的研究成果,他是怎樣做到的?

      徐彥輝對此很謙虛,他表示,只是因為“技術的逐步的進步,我們可以研究的體系就可以越來越復雜——尤其是冷凍電鏡”。

      徐彥輝與冷凍電鏡設備

      二十年磨一劍,向著結構生物學的“珠穆朗瑪峰”課題“基因轉錄”進發的路上,除了先進技術助力以外,還有科研之路的積淀。在來到復旦之后,徐彥輝扎根DNA甲基化動態調控過程的相關蛋白質結構研究領域,這是基因轉錄調控的關鍵課題。從20132015,團隊在DNA甲基化和去甲基化方向取得突破性成果,并發表1篇《細胞》(Cell)和2篇《自然》(Nature)期刊文章。隨著冷凍電鏡技術的進步,他的團隊開始研究更為核心也更為復雜的轉錄起始問題,經過了5年的努力,終于在近兩年碩果頻收,半年內《科學》(Science)連發兩篇長文,首次報道了包含TFIID的完整轉錄前起始復合物(PIC)結構與首個結構與功能完整的轉錄前起始復合物-中介體(PIC-Mediator)復合物,并揭示了它們的動態組裝過程與分子機制,在圍繞啟動子區轉錄起始過程的調控這個細胞體系內最為核心的生命過程的重大前沿課題方面取得了重大突破。其中PIC-MED完整轉錄起始超級復合物含76個亞基,分子量達到四百萬道爾頓,達到了結構研究的新紀錄。

      開拓科研前線,為后續研究繪制精細“地圖”

      “我們對于這個生命世界的理解,還遠遠沒有理解它真正的復雜程度。”在不斷開拓的生命科學前沿的過程中,徐彥輝常常感嘆生命設計的復雜與精妙,“現在我們知道的僅僅是非常小的一部分,前景其實極其廣闊”。

      生命體是由各種器官組織組成的,器官又是由細胞組成的,細胞內含各種生物大分子,分子層面的三維結構又決定著它們的功能。繼續深入,還有無止境的未知領域供人類探索。就連徐彥輝也常常覺得,自己在路上:“我們過去做的研究也只是科學發展上的一小步。放在很長的歷史中,這些研究也未必有多么厲害”。

      提及開展課題過程中最深刻的感受,有時候徐彥輝自己看到這些研究的結果,即便對他這個研究者而言,都是一個很大的沖擊:“原來生命過程是如此的復雜,設計得是這么精妙”。

      其實,對這些生命現象的深入理解,就像一張黑暗中摸索得出的“地圖”,為后來者照亮前行的路——在應用層面,無論是疾病的干預還是治療,一切都基于對我們生命過程正確的解釋。這正是徐彥輝課題研究的目的所在:生命科學的基礎研究,使得我們對于客觀世界的理解更為深刻。而基于這些更深刻的理解,未來的藥物研發、生物技術的突破,所需要的只是一個時機。

      深入鉆研二十余年,徐彥輝站在結構生物學的前沿,提燈照亮生命奧義的星空,為后續科研攻堅繪出前路。

      做科研要肯付出時間與熱情,如果想做好就得在實驗室呆著

      “科學探索獎”的設立初衷是激勵青年科技工作者潛心探索未知世界的精神,吸引更多青年人投入到基礎科學和前沿技術的研究之中。

      徐彥輝的辦公室位于復旦大學楓林校區明道樓715室,對門712室是他的實驗室。他很少出差,大部分時間呆在實驗室,與學生們一同跟進實驗結果,討論結果的分析,進行后續的實驗分析,全程參與,與同學們一同進步。

      “要去跨越的種種難題、技術問題,多嘗試,在探索的過程中就被解決掉了”。上班、工作、閱讀、寫論文、討論課題,日復一日,這就是徐彥輝的科研日常。別人問他發文章的秘籍,他笑著回答:“大道至簡,沒有所謂的一招致命,只有千錘百煉,投入自己的時間去做。加倍努力,真的就這么簡單。”

      他還時常勉勵青年學者,“要更好地去思考”, 國家提供了很好的資源,學者還要發揮主觀能動性,我們對問題的理解深度決定了你走得有多遠、探索得有多深。特別是研究的細節,徐彥輝作為課題組長,常常帶領學生深入探討,與大家互動,無論技術問題還是個體性的問題,都認真對待,花時間去討論和思考,在課題組解決問題的過程中,培養學生關注細節、深度思考的習慣。

      身體力行,徐彥輝二十多年來,始終堅守在科研的第一線:“如果想做好,就得在實驗室里呆著,跟學生討論具體的問題”。正是因為一線的科研經歷,讓徐彥輝接觸了最前沿的研究課題,隨著技術支持的進步,逐漸朝著更尖端課題發起挑戰。

      從研究生期間選定結構生物學這個方向開始,徐彥輝帶著對生命世界、生物科研前沿的興趣,穩扎穩打,一步一步地往前走。那種“探索未知世界”所帶來無與倫比的成就感、“領略神奇美妙微觀世界”的獲得感,也正是徐彥輝個人始終堅守基礎科研的初心。正如楊振寧在首屆“科學探索獎”頒獎典禮上做的壓軸演講所言,對青年科研工作者而言,“如果掌握了你自己的能力跟興趣,再根據了解去選擇你所要走的路徑”,是最容易成功的。

      “做科研是特別簡單的一件事,”他常跟學生們這樣說,“只要你肯于付出和投入時間和熱情去做。”

      (部分圖片由受訪者提供)

      實習編輯:張潔玲責任編輯:李沁園

      原文鏈接:

      https://news.fudan.edu.cn/2021/0913/c968a110014/page.htm



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