「上帝带着你打开窗户」
冬日的晚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,这一天无比重要: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。
颜宁没有跟学生们一起吃晚饭。她比其他人更加紧张:“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(glucosetransporters,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,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。
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。”
「科学之美」
科学竞争是一场争分夺秒的竞赛,没有第二,只有第一,不管付出多大的努力,都有可能被其他人抢先一步。曾经有近两年时间,每周四、五凌晨一点,颜宁的团队都会自动醒来。颜宁记得看到结构之后,自己最多激动了一秒钟,脑回路立刻转换:“这么顺利,别人一定做出来了,赶紧写paper。”
她用不到一个星期的时间就把论文投了出去。但这并不意味着科学家之间仅余竞争。实验成功后的一段时间,颜宁常常收到来自世界各地的同行的邮件。这些竞争者在信里写,恭喜你,我做这个课题做了10年没做出来,你居然把它做出来了。三分的自我惋惜,更多的则是乐见突破的祝贺:心里难受是肯定的,但毕竟这个结构在自己的有生之年被看到了。
颜宁享受这样的纯粹和辽阔。“同行之间,除了同行相轻之外,其实还有一个是惺惺相惜。特别是科学界,纯自然科学,更多的是惺惺相惜……因为你在乎的就是那个词,真理,你真正喜悦的是这个领域往前进步了。”
颜宁对科学最初的想象来自于童年。那时她家住北京大兴的一栋楼房,四层,窗户在床的旁边。夜里爬上床,拉开窗帘,眼前就是满天的星斗。她常常对着星星胡思乱想:宇宙之外是什么?都说宇宙是无穷的,无穷是什么?有没有时间隧道?人眼看到的信息,大脑是怎么处理的?是一种天然生发的、没有边界和指向的畅想,直到高中毕业,顺应父母的期望来到清华大学生物系,颜宁还和很多人一样看不到未来在哪里,从未想过将科研当作一生的事业。
2000年,颜宁来到普林斯顿大学继续攻读分子生物学博士。在这座爱因斯坦度过晚年的美丽小镇,教课的大多是上了年纪的老教授,经典论文,甚至课本中看到的研究成果很多都是他们亲手做出来的,科学研究在他们的讲述当中变成了生动有趣的故事。她常常看到一对美国科学院院士夫妇,夜半时分,各自守在各自的实验室里,佝着身子,观察显微镜下的果蝇。那画面非常安静,非常美好:“那种简单和执着让我感动,觉得我将来就是要这个样子,很简单地做自己喜欢的研究。”
一年级结束之后,颜宁进入施一公的实验室正式开始实验研究。2004年以后,实验室又多了两位来自清华的师兄,当夜幕降临,三个人就开始用小音箱在实验室里放中文老歌,就着旋律各自做各自的实验,很少交谈,却心照不宣。
颜宁很少去想国家、未来之类的大问题,科学对她的吸引力来自各种触手可及且具体而微的快乐:创造知识带来的智力兴奋,接受挑战、偶开天眼的刺激,同行相敬的学术氛围,以及这些纯粹的、美妙的小小时刻。
她性格率直,很少用大词,把自己的工作比作打怪通关,令她着迷的永远是最重要、最困难的问题。“什么叫重要?就是你做出来能进教科书。这个这么重要,为什么还没人做它?后来说它很难。那很难才好玩儿啊!”这位38岁的科学家语速飞快,喜欢扎马尾辫,穿紫色帽衫,由内而外洋溢着小女孩式的热情。
“小女孩”也是颜宁周围的朋友对她最常做出的评价。她兴趣极广,什么小道消息、八卦新闻、电视剧、网络小说,都能滔滔不绝地聊起来。有一天颜宁突然看上了深圳一档叫做《极速前进》的旅行节目,非拉着李一诺一起去参赛,认认真真去微博上给节目组写了好长的评论,结果人家也没搭理她。
但是,直到最近,颜宁才意识到性别对于科学家来说可能意味着什么。她曾在一篇文章中描述了这种隐秘的阻力:“今年之前,对于各种女科学家活动,我其实是拒绝的,因为我不喜欢自己被贴上任何标签,我只相信实力,无关性别、年龄的实力……但是,当我慢慢意识到许多女孩子,特别是我自己的学生,并不是没有实力,只是因为社会家庭的共识,因为在某一阶段或主动或被动地必须做选择题,而脱离了她们本来挺有天赋的科研世界,我真的挺痛心。于是我开始参与到支持青年女科学家的各种活动中。”
做结构生物学研究十几年,颜宁觉得自己也渐渐变成了研究的一部分。她最近常常想,生命到底是什么呢?看过那么多生物的奇妙结构,她发现人类工程所创造出的机器,大自然其实都早有设计。她感到卑微,人类到底能不能超越自然之力,创造出独特的新东西?她又觉得高兴,至少,作为科学家,自己已经得到了许多额外的奖赏。
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跟她说过做科学家的三个境界:第一重是职业,最下乘,不过将科研当作了谋生的手段;第二重是兴趣,那时她以为这已经是科学家的境界了,追求兴趣,多么的超凡脱俗;第三重,刘国松说了两个字,永生。那一刻,李白和杜甫的影子突然从颜宁的脑海中跳了出来,她觉得自己有点被震撼。
那天凌晨,她在博客中这样写道:“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。”
责任编辑:张睿