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颜宁:一个女科学家的「诗与远方」

人物  · 公众号  · 人物  · 2017-05-10 20:00

正文


颜宁上一次成为公众话题是因为由她带领的平均年龄不到30岁的清华团队成功攻克了膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题,为 人类疾病开发药物做出至关重要的贡献。


而这一次,迎来的却是她赴美国普林斯顿大学任终身讲席教授的消息。作为清华大学最年轻的女教授和博士生导师,一直以来颜宁似乎都被寄予厚望,此番出走,被不少人解读为 别有况味 」。面对这种猜忌,颜宁的回答直白恳切: 「我生怕自己在一个环境里待久了,可能故步自封而不自知。换一种环境,是为了给自己一些新的压力、刺激自己获得灵感,希望能够在科学上取得新的突破。


这句回应似乎印证了2015年她在接受《人物》采访时谈到未来时的想法, 「我想可能在未来若干年,我每年的想法都是我要做出我想要的突破。」 我现在下一步想要做的就是说别人还没有想到。我在寻求这个。


本文首发于《人物》杂志2015年12月号,原标题《颜宁:在迷雾旷野中寻找真理之路》。





文 | 葛佳男

采访 | 葛佳男 周珊珊

编辑 | 赵涵漠

摄影 | 黎晓亮




上帝带着你打开窗户


还有不到一周就是农历新年了。晚上7点,清华校园里已经看不见什么人,结构生物学中心所在的楼层却灯光通亮,结构生物学家颜宁女士和她课题组的5个学生没有一个人回家,集体在实验室待命。


对于他们来说,这一天比即将到来的年节更为重要:两天之前,他们终于得到一颗优质的葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体,由两位学生用零下170度的低温罐装着,搭高铁送去了上海同步辐射实验室。尝试无数次,积累很多年,能否收集到高质量数据,取得实验的最终成功,今晚便是检验收割的时刻。课题组里年纪最长的博士后邓东给大家点了外卖,特意挑了「必胜客」,「当时说必胜嘛,我记得很清楚。」


颜宁没有跟学生们一起吃晚饭。她比其他人更加紧张,待在几个房间开外自己的办公室,「惴惴不安的,也不敢跑去看,我怕我一进去给他们压力太大,他们手再抖一下什么的……我就等着,等着。」


解析GLUT1的结构,探究这个对人体来说至关重要的葡萄糖转运蛋白(glucose transporters,简称GLUTs)长什么样子、如何工作,这是清华大学教授颜宁近7年以来最重要的工作。


葡萄糖是维持人类生命活动的最基本能量来源,只有进入细胞内部才能被人体利用。但是在一般状态下,由于葡萄糖亲水,而细胞膜疏水的特性,细胞对于葡萄糖来说相当于一座围城,外面的糖分子进不去,里面的糖分子出不来。葡萄糖转运蛋白就像是细胞膜上站岗的守城卫兵,在合适的时候为葡萄糖打开城门,使之通过高墙,发挥作用。


在人体14种葡萄糖转运蛋白当中,GLUT1是最早被科学家发现的。它几乎存在于人体的每一个细胞,对于维持血糖浓度稳定和大脑供能起到关键作用。GLUT1还与一系列遗传疾病有关,如果在胚胎发育的过程中,GLUT1无法正常发挥作用,将会影响葡萄糖的正常吸收,导致大脑萎缩、智力低下、发育迟缓、癫痫等一系列疾病,癌细胞高度依赖的葡萄糖也需要通过GLUT1摄取。


自从1985年GLUT1的基因序列被鉴定出来之后,获取它的三维结构成为膜蛋白研究领域最受瞩目、国际竞争也最激烈的课题之一。全世界的许多结构生物学家都在为此努力,颜宁的竞争对手遍布美国、欧洲、日本,其中很多科学家已经付出了近20年的时间。眼下,颜宁和她的团队终于来到了最后的关口。


7点半,8点,9点……数据从上海源源不断地传回来。解析蛋白结构的基本方法包含4个步骤,获得大量无杂质的目标蛋白质,筛选条件使蛋白质结成可观察的晶体,利用X射线衍射的技术手段获得衍射图谱,最后计算搭建结构模型。


晚上10点半,颜宁办公室的门被敲响了,邓东站在门外。「出来了?」「出来了。」两人对视一眼,条件反射般狠狠击掌,然后一起往实验室的方向「哒哒哒」飞跑。这一次,这个来自中国,平均年龄不到30岁的团队赢了。


2014年6月5日,世界上最权威的自然科学期刊之一《自然》正式发表了这项成果。2015年,因为在膜蛋白结构研究领域的重要贡献,颜宁同时获得国际蛋白质学会「青年科学家奖」和赛克勒国际生物物理奖。「要针对人类疾病开发药物,获得人源转运蛋白至关重要」,斯坦福大学医学院分子与细胞学教授、2012年诺贝尔化学奖得主布莱恩·科比尔卡对《自然》杂志评价,「因此,这是一项伟大的成就,该成果对于研究癌症和糖尿病的意义不言而喻。」


「其实现在想就是挺激动,」回忆起那个冬夜,在电脑上看到结构的时刻,颜宁依旧记得那种无法言说的喜悦,她感觉到那就像美国科学院院士、华裔生物学家王晓东说的,上帝带着你打开了一扇窗,让你一下子看到了一个神迹,「这是世人以前不知道的,突然间被你首先窥到了,你想那是一种什么样的奖励。」





严密逻辑的胜利


夜晚是颜宁一天中最喜欢的时刻。当周遭安静下来,感官变得敏锐,精力集中于一线,头脑和思路变得异常清晰。她的同事和学生们都知道,颜老师是「在中国过美国时间,在美国过中国时间」,常常晚上10点出现在实验室,双眼发亮,跟准备离开的学生打招呼。


做探索性研究的感觉,就像是在黑夜当中摸索。科学家的面前是一片迷雾旷野,不知道研究方向是否正确,不知道要花费多少时间,甚至不知道最后能不能做得出来。实验室的博士生孙鹏程对记者说,他们只能不断尝试,「可能前面有100条路摆在我们面前,然后有的人运气好,可能你第一下就试出来了,但你有可能运气不好,你可能试了99条都没试出来,只剩最后一条了,就看你还有没有勇气去试。」也因如此,外界对结构生物学研究技术含量的质疑由来已久,甚至戏谑地将他们称为「工匠」,「劳动密集型」,「体力是基础,运气是关键」。


颜宁完全不能同意。跟很多人对中国科学家某种「勤勉,甚至过度勤勉」的刻板印象不同,颜宁从来不对学生来实验室的时间做硬性规定,一有时间就组织学生们「偷懒」,聚在小会议室聊八卦,玩杀人游戏。三季《爸爸去哪儿》一集不落。


科研上,颜宁最讨厌的就是「蛮干」。她说自己喜欢那种「聪明动脑子,加稍微懒惰一点」的学生,「这就意味着他是多快好省地做出事情来,对吧」。GLUT1的结构是膜蛋白结构研究领域公认的硬骨头,颜宁带领她的团队半年就攻克了难关。「到现在为止我的运气不坏。我经常说运气不坏,这是故意谦虚一下,其实我是一直在动脑子分析,而不是蛮干,如果你蛮干的话,你真的就是每条路去走了。」


做GLUT1的结构最大的难点在于结晶。晶体是完完全全同样的分子规则反复的空间排列,如果无数个一模一样的克隆人像阅兵方阵那样整齐排列,就可以被看作大晶体。GLUT1分子太小,无法被显微镜直接观察,必须获得它的结晶才能够探索结构;另一方面,它又高度活泼,常常是歪七扭八的,很难乖乖保持一模一样的状态,规规矩矩排成方阵供人检阅。这些不听话的小东西在什么环境条件下才能结晶?他们几乎没有任何经验和理论支撑可供借鉴。基于对蛋白本身的了解,颜宁开始分析:要把GLUT1「搞残」,让它动得慢一点,再慢一点。她让学生们去阅读大量文献,试图找到一个突变方法,使GLUT1在还能工作的前提下将速度放慢几千倍,然后再运用低温和合适的去污剂,近一步降低分子运动的速率。


15年以前,刚刚从清华本科毕业,到普林斯顿大学念博士的时候,颜宁常常跟导师施一公争执。国内名校毕业、第一次出国的小女孩又自卑,又自负,信仰勤力,面前有100条路,非要一条一条都试过才甘心。「我后来就发现,我不论怎么跟他争,最后我把所有路走了一遍,发现好像还是他说的那个是对的。」很多年以后她才慢慢发现,这缘于长期经验积累和严密分析所形成的「科学直觉」,就像在路上看到一辆飞驰而过的汽车,有经验的社会人一定会本能地闪躲一样。







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