1997年ღღღ,22岁的上海交通大学本科毕业生郝沛ღღღ,在中国科学院上海分院网络信息中心找到了人生第一份工作ღღღ,她的一个任务是开发中国科学院信息管理系统中的财务子系统金博体育app官网入口网址ღღღ。
之后几年ღღღ,郝沛的经历堪称“曲折离奇”ღღღ。她先是从电子工程专业跨界到生物信息领域读博金博体育app官网入口网址ღღღ,其间得到了多位恩师的帮助指引ღღღ。继而ღღღ,她参与的研究成果一度在科研赛跑中惜败于著名分子生物学家张锋ღღღ。但最终ღღღ,她和合作者开发出一套能对CRISPR技术形成有力补充的新型RNA碱基编辑器——AMBERღღღ。日前ღღღ,相关成果发表于知名学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)ღღღ。
从“外行”到“内行”ღღღ,从“配角”到“主角”ღღღ,如今已是中国科学院上海药物研究所研究员的郝沛这一路是怎么走过来的呢?
就在郝沛每天和信息管理系统“死磕”ღღღ,为算清税前税后工资而掉头发的那段日子ღღღ,有一位刚从德国回来的生物信息专家——李亦学ღღღ,搬进了她隔壁的办公室ღღღ。
李亦学当时正筹备中国首个DNA数据库ღღღ,急需既懂计算机又愿意学生物的人才ღღღ。“来做生物信息吧ღღღ,还能让你读博士ღღღ。”李亦学的邀约ღღღ,让郝沛动了心ღღღ。“这可比当‘码农’有意思多了ღღღ。”郝沛这样想着像素岛ღღღ,一头扎进了全新的领域ღღღ。
2000年前后像素岛ღღღ,生物信息学在中国才刚刚起步ღღღ,能将组学数据与生物问题结合起来做研究的人寥寥无几金博体育app官网入口网址ღღღ,还是新手的郝沛成了“稀缺人才”ღღღ。在李亦学的介绍下ღღღ,她来到著名作物基因组与遗传学家韩斌的实验室ღღღ,参与水稻基因组第四号染色体的注释工作ღღღ。这项工作属于一个大型国际合作项目ღღღ,中国团队负责的染色体注释成果后来发表于《自然》杂志ღღღ,郝沛是共同第一作者ღღღ。
2003年ღღღ,SARS疫情暴发ღღღ,著名分子微生物学家赵国屏领导团队在第一时间拿出关于SARS病毒结构令人信服的数据和分析ღღღ,相关工作在《科学》等顶尖期刊发表ღღღ。郝沛也参与其中ღღღ,凭借在生物信息学方面的数据提供和分析工作位列共同第一作者ღღღ。
尽管成绩亮眼ღღღ,但郝沛对自己的角色有着清醒的认识ღღღ:“那时候的我就是个‘万金油’ღღღ,谁有数据需要分析ღღღ,我就去帮忙ღღღ。”毕竟ღღღ,没有独立的学术课题ღღღ,没有深耕的科学问题ღღღ,只靠技术层面的一招鲜ღღღ,最多只能成为一个“黄金搭档”“重要配角”ღღღ,无法成为学术研究中的主角ღღღ。更何况ღღღ,在人才济济的中国科学院ღღღ,郝沛当时只有本科学历ღღღ,做科研的这扇门ღღღ,她好像只堪堪跨进了半只脚ღღღ。
就在2003年ღღღ,郝沛终于下定决心考研ღღღ,这年她27岁了金博体育app官网入口网址ღღღ。但不管是计算机专业还是生物专业ღღღ,都涉及她当时从未接触过的学科知识ღღღ,跨考研究生难度极大ღღღ。恰好在SARS研究攻关期间ღღღ,著名植物学家钟扬曾给予她关键指导ღღღ。这次合作之后ღღღ,钟扬为她争取到了推荐免试读博的名额ღღღ。自此ღღღ,郝沛便在复旦大学谈家桢院士门下攻读博士学位ღღღ,钟扬为直接指导老师ღღღ。
钟扬非常关心郝沛的成长ღღღ,常常鼓励她跳出“数据分析”这个舒适区ღღღ:“你不能总等着别人找你金博体育app官网入口网址ღღღ,要主动和别的科学家交流ღღღ,了解领域动态ღღღ。”钟扬的教导ღღღ,让郝沛逐渐形成了以科学问题为导向ღღღ,主动建立合作并推进科学研究的意识金博体育app官网入口网址ღღღ。
从1998年到2004年发生的一连串“学术奇遇”ღღღ,让郝沛迅速成长起来ღღღ。这个本科毕业于电子工程专业的跨界者ღღღ,在一批院士名家的指导下ღღღ,逐渐成长为一名基础知识扎实ღღღ,并具备前沿视野的生物信息学和计算生物学学者ღღღ。
2015年起ღღღ,郝沛与中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员李轩建立了长期合作ღღღ。李轩团队以果蝇等昆虫为模型开展RNA编辑研究ღღღ,郝沛团队则负责数据分析和进化方向的计算工作ღღღ。
2017年ღღღ,他们合作成功开发出一款基于CRISPR-Cas系统的RNA编辑工具ღღღ。遗憾的是ღღღ,著名分子生物学家张锋团队率先发表了类似成果ღღღ。“当时挺失落的ღღღ,我们做了同样的工作ღღღ,只是慢了一步ღღღ。”郝沛说ღღღ,但团队没有放弃ღღღ,而是将成果进一步补充完善后ღღღ,于2018年发表于《核酸研究》(Nucleic Acid Research)杂志ღღღ。
当前基因编辑领域最知名的CRISPR系统ღღღ,最初是针对DNA编辑打造的ღღღ。但科学家们并不满足于只对DNA进行编辑——特别是在遗传疾病的治疗方面ღღღ,RNA编辑展现出诸多DNA编辑所不具备的优势像素岛ღღღ。
在“DNA-RNA-蛋白质”的生物中心法则中ღღღ,RNA是作为基因表达的中间载体出现的ღღღ。对RNA进行编辑像素岛ღღღ,既能干预蛋白质的表达以修正病理症状ღღღ,又不会彻底改变DNA携带的遗传信息ღღღ,具有可逆性和时空上的可调性金博体育app官网入口网址ღღღ,在安全性和便捷性方面都展现出巨大潜力ღღღ。因此ღღღ,世界上很多科研团队都致力于开发出更加好用ღღღ、更加全面的RNA编辑工具ღღღ。
2015—2016年ღღღ,张锋团队率先将CRISPR技术拓展至RNA编辑领域ღღღ。但包括CRISPR-Cas13和APOBEC等在内的现有系统像素岛ღღღ,在RNA编辑过程中均存在免疫原性高ღღღ、脱靶风险大等问题ღღღ。
此次郝沛和李轩等合作构建的RNA碱基编辑器AMBERღღღ,完全基于人体内天然存在的蛋白质组件改造而成ღღღ,相比脱胎于细菌免疫系统的CRISPR-Cas系统ღღღ,很好地解决了免疫原性问题ღღღ。此外ღღღ,AMBER还具备分子量小ღღღ、编辑效率高等优势ღღღ,消除了RNA碱基编辑应用于体内治疗的一些重要障碍ღღღ。
对郝沛来说ღღღ,特殊的跨学科背景让她能处理大规模生物数据ღღღ,很多在生物学家看来很复杂的工作ღღღ,从计算机角度往往只是相对简单的字符串处理问题ღღღ。而郝沛还有一项引以为豪的核心能力——“协调沟通”ღღღ,这让她能够深入理解生物学家的真实需求ღღღ,并转化为算法逻辑ღღღ。
多年的科研“配角”身份ღღღ,并没有仅仅停留在“为他人作嫁衣裳”ღღღ。郝沛在每一次科研合作中的出色表现ღღღ,为她带来越来越多的机会ღღღ,也铺就了通向更广阔世界的道路ღღღ。
郝沛的手机里ღღღ,至今仍然保存着钟扬老师发给她的最后一条信息ღღღ。当时钟扬正在鄂尔多斯考察ღღღ,他原计划之后再转到杭州出差ღღღ,回到上海后约郝沛等人见面ღღღ。
“他的行程总是安排得特别满ღღღ,像一台不停运转的永动机金博体育app官网入口网址ღღღ。”郝沛回忆道ღღღ,“我当时很期待不久后和钟老师的会面ღღღ。他风趣幽默ღღღ,充满激情ღღღ,无论何时相遇ღღღ,总能给人带来乐观向上的能量ღღღ。”
然而ღღღ,2017年9月25日ღღღ,钟扬在鄂尔多斯遭遇车祸ღღღ,因公殉职ღღღ。这位援藏多年ღღღ、为国家种质库收集了数千万颗植物种子的科学家ღღღ,停下了奔波的步伐ღღღ。
得到过多位著名科学家的指引和帮助ღღღ,在“大师课堂”中成长起来——今天的郝沛像素岛ღღღ,希望用更出色的工作回报这一路的幸运和奇遇ღღღ。
“我常常思考科研的价值ღღღ。我们有不少论文都发表在世界顶尖的期刊上ღღღ,但依然有人会问ღღღ,‘这有什么用?’”郝沛说ღღღ,“在中国科学院上海药物研究所ღღღ,我们与企业合作建设了首个开放使用的mRNA药物设计平台ღღღ,希望能将我们的成果进一步推向临床应用ღღღ。这个过程比之前做基础研究更难ღღღ,但再难ღღღ,我们也想做些更实在的事情ღღღ。”
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