清华大学闫宁 清华大学教授颜宁:享受科学的纯粹与永生

颜宁:享受科学的纯粹与永生。视频剪辑:樊东林

不满30岁成为清华大学医学院当时最年轻的教授和博士生导师;37岁率领平均年龄不到30岁的团队用6个月攻克膜蛋白研究领域50年不解的科学难题;2015年获国际蛋白质学会“青年科学家奖”“赛克勒国际生物物理奖”。即使在科学领域已颇受瞩目,颜宁仍觉得自己进入科学界可谓“机缘巧合”。

清华大学医学院教授、博士生导师颜宁。图片来源于网络

高中时代的她,喜欢唐诗宋词、散文小说,更愿选择文科;大学时代的她,加入国标和摄影社团,选修电影,甚至想过做娱记;而如今的她,写着独具风格的博客,会约学生K歌、玩三国杀,追韩剧,把做研究称为“打怪通关”。“很多时候不过机缘巧合做了一个选择,选择本身也许并不那么重要,更重要的是你做了选择之后怎么走。”

刚从普林斯顿回到清华组建实验室不久,同事刘国松教授曾经对颜宁说过做科学家的三个境界:第一重是职业,第二重是兴趣,第三重是永生。颜宁觉得自己“有点被震撼”。“从事基础科研的科学家何尝不是有这么点虚荣心呢?神龟虽寿,犹有竟时;你的发现留在历史上,作为你的一个标志一直传下去,确实是某种意义上的永生。”

创造属于自己的科学史

2014年1月17日晚上10点半,因临近新年,清华大学校园内,也显得格外安静。而此时,结构生物学中心所在的楼层却依旧灯火通明。

两天前,颜宁研究组终于得到一颗优质的葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体,由两位学生用低温罐装着,搭高铁送去上海同步辐射实验室。所有人都在等待高质量的数据传回。两年多的集中研究、近半年的全力攻关,眼下,就是最后关口。

伴随着一阵急促的敲门声,颜宁办公室的门被拉开,博士后邓东站在门外,“出来了?”“出来了!”仿佛心照不宣的喜悦,两人相视而笑,一起朝实验室跑去。

这一刻,这个平均年龄不到30岁的团队,攻克了膜蛋白研究领域50年不解的科学难题,在人类治疗癌症与糖尿病的征程中迈出关键一步。

这一年,正值颜宁回归母校后,与清华大学的“七年之痒”。

颜宁指导学生做实验。图片来源于网络

2007年,受清华生物系老系主任赵南明教授的邀请,本是归国探亲的颜宁决定回到母校任教,建立自己的实验室。装实验台、订购仪器试剂、手把手教学生做实验……一切从零开始,实验室建立的前半年,颜宁直言自己“快疯掉了”。

然而,实验室很快步入正轨,从这里诞生的科研成果足以让国内外同行为之惊叹。

颜宁主要致力于研究在基本生理过程中发挥重要作用的膜蛋白的结构与机理,其代表性工作包括葡萄糖转运蛋白和钙离子通道。2010年,清华大学曾聘请国际评估小组对其生物医学研究方向进行评估,颜宁给他们留下深刻印象:“未来5年到10年,她将是杰出青年女性科学家的榜样。”

自2007年独立领导实验室以来,颜宁发表学术论文42篇,其中13篇以她本人作为通讯作者的论文发表在《自然》《科学》《细胞》等国际顶级学术期刊上,其成果两次入选《科学》评选的年度十大进展。

“国家越来越重视基础科学研究,连续多年对基础科学领域的投入都在大幅增长。”优渥的科研土壤给予颜宁团队充分的养料。颜宁认为,经济发展决定中国有多富,而科技发展限定中国有多强。“让中国的科技实力配得上她的经济体量,让中国的科研成果产生世界影响,我想也正是中国科学家对于国家最根本的责任与使命。”

回国数年,颜宁始终坚信,当初的选择是“完全正确的”。

比起“勤勉”更相信“直觉”

维持生命活动最基本的能量来源葡萄糖如何进入细胞?一个多世纪以来,无数科学家为探索这一生命奥秘而着迷。

亲水的葡萄糖溶于水,疏水的细胞膜就像一层油,葡萄糖自身无法穿过细胞膜进入到细胞内发挥作用。用颜宁的话说,镶嵌于细胞膜上的转运蛋白,如同在细胞膜上开了一扇扇的“门”,将葡萄糖从细胞外转运到细胞内。而GLUT1就是大脑、神经系统、肌肉等组织器官中最重要的葡萄糖转运蛋白。

GLUT1与一系列遗传疾病有关,癌细胞高度依赖的葡萄糖也需要通过GLUT1摄取。“人得病即意味着某种蛋白质出了问题,通过解析膜蛋白结构,就能明确问题的根源,进而着手研究修复方法,达到治病的目的。”

正因膜转运蛋白的重要意义,自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、国际竞争最激烈的课题之一。

颜宁从不怕攻坚克难。图片来源于网络

“很多人觉得膜蛋白难,可能是最开始就被吓住了。”转运蛋白高度动态的内在性质让众多科学家饱尝失败的滋味。

颜宁决定反向思维,既然GLUT1是个“人来疯”,那么就想办法“搞残”它。她发现,要想让GLUT1结晶,第一是让它的动态尽可能慢下来,从而截获其中一个状态;第二是在低温下让分子运动降低后再结晶。无论几百次的实验,颜宁从未放弃,“死磕”这个世界科学家几十年来追求的至高目标。

可坚持并不等于蛮干。颜宁坦言,对于获得人源葡萄糖转运蛋白的晶体结构确实有点骄傲,“因为这个工作完全是按照逻辑一步步拿到的结构,不是靠‘筛选’。”

对于外界称结构生物学研究“体力是基础,运气是关键”这种戏谑的说法,颜宁只是一笑了之。刚进入普林斯顿大学攻读博士时,颜宁也常常与导师施一公争执。她也曾以“勤勉”为信仰,认为面前有100条路,非要一条条都试过才甘心。可事实总是证明导师一开始选的那条路就是对的,她逐渐相信,这就是长期经验积累和严密分析所形成的“科学直觉”。

所以,如果要问这个团队为何能在短期内获得成功,颜宁绝不同意是“运气”,而情愿说靠“感觉”。

科学的无尽惊喜令人“上瘾”

电压门控钠离子通道是颜宁回到清华后,为自己定下的另一个攻坚课题。2011年,颜宁研究组终于获得了一个细菌同源蛋白的晶体,结构解析近在咫尺。他们准备了大量晶体寄往日本同步辐射,收集最后一次重金属衍生数据。

2011年7月11日,这一天让颜宁记忆犹新。周一,在中国看到《自然》新论文上线的日子。本计划六点前往机场飞赴日本,5点55分,颜宁打开了《自然》杂志网络版。“第一篇文章直接砸得眼睛生痛,题目就是《一个电压门控钠离子通道的晶体结构》,我们被别人超越了!”

科学竞争,只有第一,没有第二。“惨败!”当颜宁将论文交与课题组成员手里,有的同学当场泪崩。

颜宁享受简单而纯粹的科学世界。图片来源于网络

而此时,颜宁做出决定,一切按原计划进行。当他们到达日本,又接到“低温罐似乎出了问题”的消息。“所幸我们做事一向未雨绸缪,随身还带了很多晶体。收集数据非常顺利,一个小时之内我们就解出了结构。”

赶在发表论文的课题组从数据库释放结构信息之前,颜宁团队首次看到了这类蛋白的原子结构。“对过去四年依旧是一个完美收官!那一刻,根本不会顾及还能发什么样的论文,心里充满的只有这前后巨大反差带来的狂喜。”

7月13日凌晨三点,颜宁打开邮箱,准备给实验室成员布置后续工作,一封来自美国霍华德休斯医学研究所的邮件弹出:经过初选,颜宁在全球800名申请人中过关斩将,成为进入“霍华德休斯国际青年科学家”第二轮候选的55人之一。

“因为这个课题,我有幸与此前崇拜了10年的偶像级科学家、2003年诺贝尔化学奖得主罗德里克·麦金农教授合作,在与他的交流中受益匪浅。”不仅如此,颜宁团队获取的结构呈现出与已发表论文不同的状态,新成果在10个月后发表于《自然》。

“这就是科学研究的魅力:不向前走,你根本不能轻易定义成功或者失败。”颜宁说,这种不确定的惊喜,会让人上瘾。

时至今日,颜宁依旧怀念在美国普林斯顿大学的7年留学生涯。“在普林斯顿,教科书里那些高贵冷艳的知识,原来就是身边的这些貌似随和的老先生老太太们创造的;研究生课程一律用经典或前沿的原创论文做教材。”

颜宁意识到,一旦进入实验室,自己就有可能成为人类知识的创造者、科学史的缔造者。有了这种认知,颜宁的追求目标也逐渐演化为:发现某些自然奥秘,在科学史上留下属于自己的印迹。

在普林斯顿一年后,颜宁进入施一公的实验室正式开始实验研究。后来,实验室又多了两位来自清华的师兄。每当夜幕降临,三个人就开始用小音箱放着中文老歌,伴着旋律各自做着实验。或许,那就是颜宁向往的生活。“对我而言,只是很简单地去喜欢这么一个世界。”(中国青年网记者 朱梦琪)