生物物理所优秀毕业生余聪:持之以恒,终会收获成功
个人简介:余聪,1995年9月出生,江西上饶人,2017年毕业于华中科技大学并获得学士学位,随后被中国科学院生物物理所录取为硕博连读生,师从许瑞明研究员,主要研究表观遗传调控酶与染色质的结构和工作机理。在学期间,以共同第一作者身份在Nature杂志发表了一篇论文,曾先后获得华中科技大学优秀毕业生,中国科学院大学生奖学金、学业奖学金,三好学生,优秀学生干部,博士生国家奖学金,优秀毕业生等荣誉。
打开电脑,点开蛋白质结构数据库(PDB)、预印本(bioRxiv)以及文献检索(pubmed)网站,搜索课题研究关键词,几乎是我每天早上来到实验室后做的第一件事情。一方面可以获取领域最新研究动态,同时也可以确认自己研究的蛋白结构还没有被解析,然后我再开始一天的实验内容。我们课题组主要从事于表观遗传的结构机理研究,表观遗传学研究近些年来是国内外的热点研究领域之一,它能够在不改变DNA序列的情况下,让基因表型发生可遗传的改变。热门且充满挑战的课题让我时刻保持警惕,因为课题被其他实验室抢发是常有之事。
我加入实验室后接触到的第一个课题是解析一个核酸内切酶复合体的结构。刚开始上手的我对实验流程并不是十分熟悉,在实验室老师的指导下,我经过一番摸索,在昆虫细胞中成功表达得到了核心酶复合物,并且在不同条件下对其进行的晶体筛选,但是并没有拿到蛋白质晶体,无法近一步用X射线晶体学技术解析其结构。
在实验室细胞间
不久后,2017年诺贝尔化学奖颁给了冷冻电镜,它可以用于测定溶液中生物大分子高分辨率结构,这为课题方向提供了新的思路,我也开始接触到冷冻电镜这个神秘的仪器。但当时实验室的主流研究方法还是X射线晶体学技术,对冷冻电镜使用并没有太多的经验,我必须学习这门新的技术用于今后的课题研究。
我们研究所的章新政研究员在冷冻电镜领域有丰富的积累,我在其课题组入门学习冷冻电镜单颗粒重构技术,并逐渐将其应用到我们课题组的研究中。然而,刚刚入门的我,很快就遭受了打击。国内外的两个课题组相继在Science和Molecular Cell杂志上报道了这项研究的全酶和核心酶结构,对于还在摸索阶段的我来说意味着落后了一大截。经历了短暂的心态调整后,我仔细阅读他们文献中的研究思路和技术方法,总结了我们失败的经验,很快以一个新的面貌投入到接下来的课题研究中。
冷冻电镜技术的学习是一个漫长的过程,这期间涉及到蛋白质复合物的纯化,电镜样品的制备,数据的收集和解析,每一步都可能影响到高分辨率结构解析。为了让自己有更好的积淀,我报名参加国内举办的冷冻电镜培训班和研讨会,并与研究所内外的老师和同学们交流经验和心得体会,以及如何克服实验和数据分析中遇到的困难。这也是我的导师常常教导我们的地方:“当你对自己的样品心里没底时,要向不同的人请教,不要害怕被人指出自己的不足之处”。
在操作冷冻电镜
回到实验室后,我开始自己动手制备电镜样品,在我们实验室搭建数据分析服务器,熟悉linux系统和软件安装,同时与课题组成员开展合作研究。终于,功夫不负有心人,我成功解析了实验室第一个电镜结构,在计算机前,我清楚地看到了蛋白质的每一个氨基酸细节,这让我信心倍增,无比自豪,我想结构生物学研究最开心的时候就是此刻吧。
然而,正当我们制备起草研究论文的时候,Nature Communication杂志报道了和我们一样的研究,这让我们后续投稿过程难度倍增,审稿人认为我们的工作已经被报道了,因而提出反对意见。在这一次的研究中虽然很接近成功,但还是晚了别人几个月,我的心情如过山车般跌入谷底。让我印象最深刻的是,当时放假回家后又赶上了疫情爆发,无法返回实验室开展工作,让我心中倍感焦虑。导师让我们写一个有关自己课题的综述,我也借机整理了一下思路,思考了一下课题研究的方向,以及如何克服今后面对课题难点。
之前的课题虽然失败了,但对我而言更多的是收获,我掌握了实验技能,学会了思考问题的方法,领悟了解决难题的思维方式。回到实验室后,虽然疫情反复爆发,但是我们的实验却并没有中断。
在实验室的另外一项重要课题中,我们需要回答一个叫做PR-DUB的去泛素化酶如何特异性去除组蛋白H2A第119位赖氨酸泛素化修饰,这个修饰会基因表达调控的一个重要“标记”。然而,课题开展后我们发现困难重重,为了摸索合适的样品制备条件,我们对蛋白质片段,DNA长度,交联剂的使用做了反复的尝试,结果均以失败告终。面对这些失败,我每次都会重整旗鼓,从这些失败的结果总结有价值的信息,一步步向成功靠近。最后我们找到了合适的条件,我之前的付出终于有了回报。
2023年3月29日,Nature杂志在线发表了一篇我作为共同第一作者的重要研究论文,这项首次报道了人源多梳抑制去泛素化酶复合物(PR-DUB)结合泛素化核小体的高分辨率电镜三维结构,阐明了PR-DUB特异性去除组蛋白H2A泛素化修饰的分子机理,为相关癌症药物研发工作打下了坚实的结构基础,论文背后的故事在中国科学报报道。
这项工作的推进经历了重重波折,让我印象最深刻的是,每次重构这个复合物时,核小体的结构非常清晰,但是我们感兴趣的酶往往十分“模糊”,这可能也是酶的工作特性所决定的。为了让它“乖乖的”保持不动的姿势给我们拍照,我们下足了功夫。通过优化超速离心条件,引入单点突变让酶保持在一个低效率工作状态,并使用局域重构技术,终于“捕捉”到了这个酶将连接在它和核小体之间的异肽键“剪开”的高分辨率结构图,这是我认为的结构生物学最有魅力的地方所在,我们可以从微观的分子甚至原子层面看到蛋白质工作时的状态。
在搭建蛋白质原子模型
在生物物理所2023届毕业生典礼上,我有感而发:“这五年来,我经历了实验失败的痛苦,课题停滞不前的迷茫,体会到了科研的艰辛与不易,一次次的思维碰撞与开拓创新终会让我取得突破”。我想更重要的是,博士期间的训练可以令我受益终生,这一艰苦的磨砺过程也会为我提供精神力量,更加勇敢地面对今后的挑战。我也更有理由相信:“只要保持一颗探索的初心,持之以恒地钻研课题难点,我们终会收获成功的喜悦”。
在生物物理所毕业典礼上发言
回顾这几年来的历程,我逐渐从一个科研新人成长为一名博士毕业生,科研品味得到了提升。我清晰地记得2016年初,第一次来到生物物理所时的场景,那时,大三的我是华中科技大学-生物物理所联合培养的“贝时璋菁英班”的一员,还没好好“享受”完大学生活。来到研究所后,我真正意义上接触到了前沿科学研究,研究所卓越的科研平台和国科大浓厚的学术氛围深深地吸引了我。
与导师许瑞明研究员合影
在一次宣讲会中,我有幸认识了我的博士生导师许瑞明研究员,许老师提到他在美国时曾经在杨振宁教授实验室做博士后,后来从理论物理转向了生命科学研究,许老师的跨界让我有机会加入他的实验室。我心想,将物理学的思维应用到生物学研究一定会擦出奇妙的火花,在这样一个背景下我开启了我的博士生涯。经过5年多的学习和努力,今年1月取得理学博士学位,论文答辩期间,七位答辩委员均给出了优秀的评价。
博士论文答辩
为了排解科研生活的枯燥,我还担任了班级班长和研究生会学术部部长期间,组织开展了“学术之星”论坛以及“周五影院”观影活动,为大家营造了轻松愉悦的学术交流氛围。
今天,我又站在了人生中的又一个十字路口,思考着未来努力的方向。时代在进步,技术在革新,但是仍然有未解的生命科学问题在等待着青年研究者去探索,我们需要用更多的知识力量来武装自己,面对今后的挑战。
我即将启程前往英国剑桥MRC-LMB实验室继续从事于染色质相关研究,祝愿自己在未来的征途上有新的发现,我也争取未来为国科大和国家的生命科学事业做出更大的贡献。