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青年科研人员该如何创新 克隆猴 世界难题这样攻克

2018-02-05 20:04:47       来源:人民日报

在中科院神经科学研究所非人灵长类平台实验室,刘真博士借助显微设备对卵母细胞进行“去核”操作。

日前,中国科学院神经科学研究所孙强团队经过5年的不懈努力,突破了体细胞克隆猴的世界难题,首次成功培育出体细胞克隆猴“中中”和“华华”。该项成果于1月25日作为封面文章在线发表在生物学顶尖学术期刊《细胞》上。

在此之前,尽管羊、猪、牛、马、狗等哺乳动物的体细胞克隆都相继成功,但与人类相近的非人灵长类动物(猕猴)的体细胞克隆却一直是生命科学领域没有解决的难题。

为何“名不见经传”的孙强团队能抢先一步获得成功?他们的成功有哪些启示?记者近距离接触了这支中国团队。

面对重大科学难题坚持不放弃,是成功关键

“针对重大的科学难题,坚持不懈地把它攻克,是这个项目成功的主要原因。” 在谈及孙强团队成功原因时,中科院神经科学研究所所长、脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明院士说。

时间倒回到2000年。

那一年,在经过6年的尝试失败之后,美国匹兹堡大学教授杰瑞·沙腾得出“基于‘多莉’(克隆羊)的克隆技术实现克隆猴是行不通的”结论。随即,“克隆猴”研究在美国生命科学界遇冷。

尽管被判了“死刑”,但因为“克隆猴”对人类的重要性,全世界仍有不少科研人员为攻克这个难题继续做着努力。

2007年,昆明理工大学灵长类转化医学研究院院长季维智和中科院动物所周琪团队的研究发现,“体细胞克隆猴的胚胎是可以达到囊胚阶段的”,这就将此前沙腾教授认为“胚胎发育超越不了八细胞期”的观点否定掉了。随后的2010年,美国的米塔利波夫团队成功移植了克隆猴胚胎,并将胚胎发育的时间延长至81天。

虽然,这枚胚胎没能最终成活,却让大洋彼岸的蒲慕明看到了希望。

2012年,在浙江乌镇举行的中科院神经所非人灵长类研究小型专题研讨会上,蒲慕明提出神经所一定要马上开展猴体细胞克隆的工作,并把这个任务交给了孙强团队。

他对孙强说:“猴子怀孕周期是160天左右,美国科学家还差一半就成功了,我们也很有希望——只要做好剩下的一半。”

于是,在没有现成平台和猴子基地的情况下,孙强率领以博士后刘真为主的团队开启了这项研究。

孙强说:“我们当时在苏州西山租了一块地方作为研究平台。那里环境比较简陋,我们17个人要轮流买菜、做饭。一周7天,每天24小时交替值班,日夜照顾1000多只猴子。”

就是在这样的艰苦环境下,孙强团队一直没有放弃,硬是克服重重困难最终攻克了这一世界难题。

刘真说:“这期间,失败有很多次,但是团队每个成员一直没有放弃希望。我们认为经历一次失败就是排除了一条错误的道路。失败后更多的是调整心态,分析失败原因,寻找解决途径。”

“猴子是灵长类动物,成本很高,不像其它实验可以不断去尝试。很多实验室可能会因为失败次数多停掉实验。”蒲慕明说,“我们一开始也没有把握能突破,也是在冒险。但一旦我们看准这是一个非常重要的问题,就一定要坚持把它做成。”

把已有的技术进行集成和优化,也是创新

据媒体报道,曾参与克隆全球首只体细胞克隆动物“多莉”羊的英国科学家威廉·里奇在一份声明中说,克隆“中中”和“华华”的方法与他们克隆“多莉”的方法“相似”,但有了一些技术细节的“更新”。

蒲慕明也坦承,孙强团队没有发明什么新的技术,而是把当前世界范围内所有关于“体细胞克隆”相关的最新技术进行了集成和优化。“是把已有的技术巧妙地使用,得到了结果。”

蒲慕明举例说,比如之前米塔利波夫的实验之所以没有成功,原因之一可能是在核移植这一环节中做得还不够细致,“我们就在这项技术上做了进一步的优化。”

孙强团队的成功,精湛熟练的显微镜操作技术功不可没。猴的卵母细胞不易识别,“去核”(核移植的步骤之一)难度大,对技术的要求极高。如何才能清晰快速地识别出细胞核?团队科研人员研究发现,只有在偏振光照射下,细胞核才能在显微镜下显露“身影”,于是就决定在移除细胞核时借助偏振光设备来实现细胞核的精确定位。

为了尽量减少细胞损伤,增加胚胎存活率,整个操作时间必须越短越好。刘真是“去核”的主要操作者。为了能在“去核”过程中做到快速准确,他苦练技术几年,最终能达到平均10秒取出一个核。

刘真说:“整个核移植操作的基础我是利用小鼠卵母细胞进行练习,差不多连续三四个月每天练习8—10个小时。小鼠的基础熟练了,从鼠到猴基础操作并不需要很大的跳跃,只是猴卵母细胞‘去核’更难,需要一个重新适应和熟练的过程。”

借助显微设备,刘真用一双巧手反复练习,在最短时间内、用最小损耗完成“卵母细胞去核”和“体细胞移植”工作,为后续的克隆工作奠定重要基础。

除了操作技术,孙强团队另一个成功的关键是找到了体细胞去甲基化、乙酰化的合适配方。

“这也是从此前华裔科学家、美国哈佛医学院教授张毅等科学家的研究中受到的启发。”孙强说。

蒲慕明说:“生物学很多没有突破的重大问题,并不是说需要开发新技术才能突破。创新不一定是创造新技术和新理论,把已有技术进行集成和优化,这也是创新。”更重要的是,不能只做渐进式、增量式的创新,必须针对领域中公认的难题、有里程碑意义的目标进行大胆跳跃式攻关,这样才能在该领域取得领跑地位。

要想取得更多重大原创突破,须重视本土青年创新人才培养

孙强和刘真二人都没有任何海外留学经历,是名符其实的“土博士”。

去国外好的实验室做博士后,发表好的文章,再回国成立自己的课题组是目前最常见也是相对容易成功的一种模式。很多青年科研人员都选择了这条路,但刘真没有。

2010年,刘真考入中科院神经科学研究所攻读硕士学位。在他硕士二年级时,便加入导师孙强的研究团队,跟随他们一起攻坚体细胞克隆猴这一世界级难题。2016年,刘真博士毕业时,以他博士期间的学术成绩,申请到国外顶级实验室是没有问题的。但刘真最终还是决定继续留下来挑战“克隆猴”的难题。

对于这个决定,刘真一直没有后悔过,“我觉得国内当前的科研条件已不同以往,国家对人才培养也更加重视,在国内做出越来越多世界领先的成果是必然趋势。像非人灵长类体细胞克隆是一个极具挑战性的课题,蒲慕明院士多年前就认识到此课题的重大意义,并提出要攻克此难题,对孙强老师领导的非人灵长类平台给予大力支持。在我看来,没有哪个地方能比神经科学研究所和孙强老师实验室给我提供更好的机会和支持。”

蒲慕明也认为刘真做了一个正确的选择,“很少会有哪个实验室把一个风险如此巨大的课题,交给一个初来乍到的博士后去做。而我们不但交给刘真这样的年轻博士后去做,还给他尽可能创造最好的科研环境、长期持续的精神鼓励,并提供超出国内一般博士后的待遇。”

蒲慕明同时表示,中国科学研究要想取得更多重大原创突破,成为世界科学的领跑者,重视本土青年创新人才的培养很关键。本土培养的青年科学人才并不比海外留学回来的差,但目前高校和科研院所似乎更偏向于招收“海归”青年科技人才,资助力度也相对更大。

青年科研人员该如何创新?刘真说:“一个人不可能凭空创新,信息交流很重要,无论是与本实验室导师及同事内部的交流,还是同行之间的交流,都很重要。另外,要非常熟悉自己领域内过去和现在的科研进展及动态,任何创新都是建立在前人的工作基础上的。”

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