寻找基因里的衰老秘密——记中国科学技术大学生命科学学院教授宋晓元吾爱吾师中国科学技术大学

宋晓元教授就实验设计与细节与博士生王倩倩进行讨论

3名博士和1名硕士答辩结束后与导师合影。

(从左到右:AmrRefaatGhanamSalem及其孩子,王斐,宋晓元,曹俊和刘保伟)

博士生程庆宇(左)和罗正誉(右)博士论文答辩后与导师合影

□周艳

随着老龄化社会的到来,脑衰老成为人们日益关心的话题。以年龄定义的全球人口老龄化正在加剧,根据世界卫生组织(WorldHealtheOrganization)数据显示,到21世纪中叶,60岁以上的全球人口将超过1/5,从2015年的9亿增加到2050年的21亿。

衰老问题的研究要从基因中找答案。通俗地讲,基因就是解析生命的密码,是生命的操纵者和调控者。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代,还可以使遗传信息得到表达。可以说,基因是人类遗传信息的化学载体,决定后代与祖先的相似和不相似之处。

人与人之间基因的差异很小,但这微小的差异决定了个体的不同。基因的表达是受到各种因素调控的。在基因“工作”正常的时候,我们的身体发育及各项功能都处于正常状态。如果一个基因不正常(基因本身发生变异或者其调控失常),哪怕是基因中一个非常小的片断甚至是一个碱基不正常,都有可能引起发育异常、疾病,甚至死亡,因此基因的表达调控研究非常重要。近年来,通过基因检测来预知人类疾病的工程,能准确反映出未来健康发展趋势,是人类对抗疾病的一次“革命”。它首次使人们面对疾病不再只是被动防御,而是转变为可以提前几年甚至几十年主动出击的预防。

破译生命密码

追溯遗传学的发展历程,最有代表性的事件是被称为“21世纪生物学中最伟大的发现”——DNA双螺旋结构的提出,其将遗传学的研究深入到分子层面,人们从中清楚地了解了遗传信息的构成和传递途径。人类基因组计划的成功实施,将一部反复写着A、T、C、G(DNA的四种碱基)的宏伟巨著展现在世人面前,标志着人类探索生命奥秘的进程和生物技术的发展进入了一个崭新时期。这部包含了30多亿核苷酸的“天书”蕴含着人类生长、发育、衰老的机要信息。人们期盼这个划时代的成就可以使人类对自身和疾病的认识产生革命性变化。

然而,几十年过去了,科学家对隐藏在书里的机密仍然所知甚少,不清楚应该如何将编码在DNA序列上的一维序列与在四维时空里生命体的表现合理有效地联系在一起。如神秘组织非编码RNA的异军突起、染色质三维空间构象的细微变换,让科学家深感要真正地解析遗传密码还有很长的路要走。

生命过程如此精彩,环境这一角色永远不会缺席。DNA双螺旋结构发现者、诺贝尔奖获得者詹姆斯·沃森说过:“你可以继承DNA序列之外的一些东西,这正是遗传学让我们激动的地方。”饮食、生活方式等环境因素也在通过独有的方式调节着DNA,并对人类的生活产生影响。这就是表现遗传学,它的提出是对经典遗传学的完善和补充,将人类对生命过程的认识又向前推进了一大步。

科研敏锐性和技术重要性

但是,光凭埋头苦干是不够的,要善于思考,进行严密的逻辑推理,且要具备敏锐的科研嗅觉,而这种敏锐性是在长期的思考和实践中获得的。

在罗彻斯特大学攻读博士学位期间,宋晓元开始从事表观遗传学包括组蛋白变体以及组蛋白的翻译后修饰等在基因转录调控中作用的研究,证明了在体内一个组蛋白变体和另一个组蛋白翻译后修饰之间的“cross-talk”。在UCSD做博士后期间,在遗传毒性压力诱导的lncRNA的研究中,宋晓元和合作者一起证明了在CCND1基因启动子上转录的lncRNA对RNA结合蛋白TLS的变构调节并介导其转录抑制,为lncRNA在基因调控中的作用及其机制提供了早期的实验依据和研究结果。之后宋晓元一直从事lncRNA的研究,包括最近合作发现了一类新的以cluster形式作用且高度保守的lncRNAs在发育和视觉功能中的作用和机制。

懂取舍要有正确预判能力

凭借多年科研工作的敏锐和预判能力,宋晓元在小鼠自然衰老模型中研究lncRNA和三维基因组结构的同时,以她博士期间就使用的、具有完善遗传学研究以及成熟基因操作技术的原生动物四膜虫作为研究对象,为研究找到了另一个突破口。

原生动物四膜虫对于表现遗传学研究来说是一种非常理想的模式生物:它们是单细胞真核生物,生长快,可以无菌培养。此外,几项生命科学里程碑式的研究都是在四膜虫中进行的,包括两个诺贝尔奖的发现(核酶和端粒酶)和组蛋白翻译后修饰的发现及其生理作用的研究,极大地推动了表观遗传学的发展。

这件事情使宋晓元充分认识到,科研人员在搞科研时要懂取舍,更要有正确的预判能力,否则就会错过最佳的时机。

女性科研工作者的不易

做科研工作,常常是以工作为家。女性科研工作者更是不易,她们往往要同时兼顾家庭和工作的双重责任。

而在社会体系中,女性科研工作者却面临着“高位缺失”的尴尬:据联合国教育、科学及文化组织(UNESCO)在2019年发布的一组数据显示,女性占全世界科研人员的比例不到30%,在中国高端科研人才方面,中国科学院和中国工程院院士中女性所占比例分别为6%和5%。

其次,年龄也是对女性科研工作者的又一大考验。纵观中国的各类人才计划和项目,几乎都对年龄有着严格的限制,例如,国家杰青申请者不能超过45岁,国家优青申请者不能超过38岁(女性不能超过40岁),国家重点研发计划项目申请者不能超过60岁等。

很多女性到了30多岁时,不得不承担更多的家庭责任。与男性在同一年龄起跑线上竞争,劣势明显。如果一味鼓励女性为科学献身,牺牲对家庭的责任,既不科学也不人性化。

在现有的科研评价体系中,有很多人才计划和项目,如青千、优青等,已经对女性科技工作者的年龄界限适度放宽,体现了国家和社会对女性科研工作者的体谅。宋晓元希望,现有的比较高层次的人才项目(如杰青和长江学者)也能放宽对女性科技工作者的年龄界限,使其毕生所学最大化的运用到工作中。这不仅是一份支持,也是一种荣誉,更是激励她们在未来工作中继续努力的动力。

言传身教锤炼坚韧意志

虽说“严师出高徒”,但在工作中,宋晓元却常常心软。学生们犯了错误,她心疼学生们的付出没有得到回报,往往会比他们还心急。

然而,科研的道路上从来不是一帆风顺。宋晓元认为,注重科研心态的平和、抗压和自我调节的能力非常重要,“在科研过程中,失败是再正常不过的事情。遇到失败不要轻言放弃,要更多地去寻求一些方法解决问题。还要知道,经历过这些的并不是我们自己,身边的许许多多科研工作者都在经历我们同样的事情,只不过他们没有告诉我们而已。”

作为老师,宋晓元一直很尊重学生的成果,也支持学生发展。在她的悉心培养下,已有多名学生取得了硕士和博士研究生学位,而且多人、次在国际及国内会议的报告及墙报展示中获奖。其中,博士生罗正誉获得2020年“中国科学院院长优秀奖”,宋晓元也荣获了2019度“王宽诚育才奖”。

了解基因的功能及其调控规律,将提高人类对自身、疾病、衰老等生命现象及其本质的认识,并能够战胜疾病,克服生存障碍,进而揭开人类生长、发育、健康、长寿等的秘密,提高人类的生存质量。充满奥秘的基因和神秘的宇宙物质一样,正在等着像宋晓元这样的研究者去逐一揭开面纱,而她和她的团队也会继续勇往直前。

THE END
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