蔡伟文：探秘基因

蔡伟文：探秘基因作者：张姝来源：《科学中国人》2015年第09期犹如一个神秘而广袤无垠的微观宇宙，“基因”自进入公众视野以来，就承载了破解生命奥秘的诸多期待——出生缺陷能否精准筛查？癌症能否能得到有效控制？然而，生命的机制像是一种构件众多而构造复杂的偶合反应链系统，如果不能找到对其核心的基因组行之有效的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 技术，科学家们的诸多探索努力也不过零敲碎打、徒劳无功。如何取得突破？福州大学生物科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院特聘教授蔡伟文创立福州大学应用基因组学研究所，在攻克世界公认的比较基因组杂交芯片技术后，继续带领团队，在基因研究这片神秘的天地努力探索。求学上世纪80年代，蔡伟文进入中山大学化学系。在那个以陈景润为科学偶像的火热年代，更多“天之骄子”愿意选择数学、物理专业。在老师的劝阻中仍然坚定地选择了化学系，是这个高分考生做出的第一个在人们意料之外的决定。“当时我说不愿意转到物理系，因为不喜欢随大流，如果千军万马都去做一件事情，那么也不一定有很多机会。”这话一出口，周围人就开始意识到，这个早慧又内敛的广东青年，藏着颗做大事的雄心。1987年，蔡伟文研究生毕业后到华南理工大学，担任化学教师。用他的话来说，这是一段相对沉闷的时光，“不知道往哪儿走。一方面我看到的社会还很落后，很多人需要知识与技术。比如乡镇企业大多是农民办起来的，他们碰到很多技术问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，知识的匮乏会让人们面对非常简单的问题束手无策。另一方面，当时的研究体系还没有深入到为中小企业服务的程度。”在学校里，蔡伟文是没有条件做科研的，但他又心有不甘，于是他从工资里面拿钱买试剂做试验。“一个月工资加补助100多块钱，勉强支撑”。留学政策稍微松动了一点，蔡伟文就在讲台上“出走”了，步履匆忙又曲折，但是难以撼动，也就是在此时，他做出了第二个“出格”的专业选择：“要去美国留学，我就在想要做什么呢？比我早出去几年的同行，都继续研究化学了，这个学科还是挺成熟的，但我还是想做一些新型研究，希望能有更广阔的发展前景，收获更大。”凭着似乎与生俱来的科学敏感度，蔡伟文看到，生物技术未来将大有可为。“当时我对生物技术很感兴趣，自己也做了一些基础学习，感到能有所作为的机会比较多，但是由于我是化学背景，申请不到生物系，所以我就选了一所学校，它的化学系基本上研究生物相关方面的化学，比如蛋白质、核酸DNA这一类的研究。”入行1991年年初，蔡伟文获得奖学金进入美国纽约大学，师从国际知名的基因组分析技术专家DavidSchwartz教授攻读博士学位。“导师是专搞DNA研究的，当时就是核酸分析技术，这是分子生物学的一个核心的东西。我选择他的实验室时，很多人都劝我说专业不对口，但我还是去了，而且非常兴奋，因为他搞的东西和别的化学研究是不一样的。”这个在当时看来过于冒险的决定，让他惊喜万分。“像一位诺贝尔奖获得者说的那样，谁接触到DNA研究都会发狂，因为太多的科研方向值得深入研究了。”蔡伟文果然“发狂”了，仅仅半年时间，他就完成了博士阶段的课题研究，此后不久，又创立了大分子DNA单分子限制性内切酶位点 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面固定直接定位方法。这种方法的成功展示确立了DNA单分子物理定位方法的可行性，他的研究成果很快为纽约大学带来了校史上最大一笔工业界研究资助——约1500万美元。“我的导师原来是搞电泳研究的，他发明了一种技术，就是脉冲电泳。以前电泳里是通过稳压电压直流跑，但他改用交替脉冲电流来跑胶，可让以前无法分离的大片段的DNA分离开。说得形象一点，DNA分子就像刘翔跨栏一样，凝胶就像是栏，大的跳得慢，小的跳得快，这样就能够分开。但是其中有一个问题悬而未决，就是我们的技术不能分离很大的东西，比如很大的核酸，这好比都在高速路上，没什么栏杆要跨，小车跟大卡车速度其实都差不多。所以，我的导师发明了一个技术，把它脉冲一下，我让它跑停、跑停再加速，大的肯定加速就慢，小的就加速快，将分子拉开。”蔡伟文提到，这项技术非常有用，解决了传统技术不能解决的很多问题，但是DNA分子为什么能够分开呢？导师给他布置了“作业”，成了他的博士论文题目。为了完成研究，蔡伟文决定模仿导师的做法，把整个过程录下来，把机理展示给人看。当时觉得很难，但事实上，他只用了半年时间，就基本上把过程拍得一清二楚了。攻克了博士课题，蔡文伟有了更多的空闲时间，实验室里的其他同事正纠结于大分子DNA内切酶切点定位研究。自从1959年美国物理学家费曼在演说中提到，“倘若我们能按意愿操纵一个个原子，将会出现什么奇迹？”操纵单个分子、单个原子就一直是科学家们追求的目标，导师的整个实验室也都围绕着相关课题进行研究，眼看着不少同事耗费了大量时间一无所获，蔡伟文决定另辟蹊径，“想把内切酶定位放置在DNA分子链上后做物理图谱，是比较理想化了，一个小时才盯住看一个分子，基因组大概有两三万个片断，什么时候能把图谱都做出来。我们不过是要那个信息，完全可以切完以后再去看，不需要将整个酶切过程录像”。“我也花了些时间研究DNA怎么粘，不粘DNA怎么把它固定，这个环节还不算难，难点在于，你要把DNA分子拉直并固定在表面上，同时酶还能把它切开。没人这样做过，我也不知道这样行不行。”又是半年废寝忘食的反复试验，内切酶弄不开，切不掉，跟死在上面一样。蔡伟文耗尽了心力，终于发现，如果有足够的时间，这种思路是完全可行的。大分子DNA单分子限制性内切酶位点表面固定直接定位方法一旦取得突破，整个实验室就活起来了，论文迅速发表，资金投入进来，目前这项研究成果已经应用到仪器上，迈入了商业化轨道。立业杰出的科研成绩，让蔡伟文顺利拿到了博士学位。他又一次走到了专业选择的十字路口。现实又坚硬的社会生态，让他更清晰地看到了美国城市的丛林法则，“工作岗位并不是一成不变的，竞争性很强，流动性很大，整个社会都在一个不断优化组合的状态中。所以我就想，做什么才是最有发展前景的”。基因芯片很快吸引了他的注意力。此时，随着分子生物学相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。建立新型杂交和测序方法以对大量的遗传信息进行高效、快速的检测、分析就显得越来越重要。而基因芯片的检测原理是核酸杂交方法的微型化，通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列检定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度，获得样本中待检序列完全互补的探针序列的数量。蔡伟文介绍说，“我感到它特别适合我的研究背景，因为几年来，我就是在看DNA怎么固定在表面上，而做基因芯片的核心技术就是这样的。比对了一些已经发表的论文，我感到他们的的核心技术和我们的设想相比，有很大差距，所以就更加有信心了”。1996年年底，蔡伟文获得耶鲁大学管理的JaneCoffinChilds纪念基金资助，并进入美国贝勒医学院分子与人类遗传系，师从国际知名的转基因技术专家AllanBradley教授从事博士后研究。博士后研究期间，他顺利开发出了独特的生物芯片制备方法并获得专利，彻底解决了当时基因芯片技术应用中困扰学术界的非特异性表面荧光背景问题。不久之后，在关键技术的基础上，蔡伟文成功开发出实用的比较基因组杂交芯片技术，成为世界上第一个“吃螃蟹”的人。与此同时，他提出一种了创新的大基因组高效测序策略，并在贝勒医学院的人类基因组测序中心得到实施，用于多个基因组的测序项目中。提及技术突破，蔡伟文中肯地说：“专门想搞技术为生的人非常少，原因有两个：第一，技术研究难度大；第二，发表东西十分缓慢，放在当下功利化的评价系统里面，它产出不是很高。我们做技术又经常遇到细节问题，卡在一个环节上，就很难推进，但是，如果想做前沿研究就意味着很多东西得从头做起。咱们中国古话说，工欲善其事，必先利其器。传统技术3年才能做到的事情，利用新技术可能我们几个星期就可以完成了，甚至能突破以前没法做到的事。”同样是在2000年，蔡伟文被贝勒医学院分子与人类遗传系破格提升为终身教职线助理教授并兼任贝勒医学院的人类基因组测序中心助理教授，开始主持独立的实验室，围绕独创的比较基因组杂交芯片技术平台进行规模化技术开发和应用研究。这个实验室是全球唯一同时拥有覆盖人和小鼠的全基因组BAC克隆芯片的实验室。源于同一技术优势，蔡伟文的实验室最先观察到人类和小鼠的基因组中普遍存在的大片段DNA拷贝数变化的现象。目前对这一现象的研究已成为基因组学研究的一大热门方向。丰硕的研究成果，让蔡伟文成为是国际公认的比较基因组杂交芯片技术的先驱者之一；两度任加拿大重大基因组项目评审专家；曾主持和参与近十项由美国NIH、NCI、能源部和宇航局资助的研究项目；在权威国际学术杂志发表48篇具有重要创见的学术论文，已获得6项美国授权专利，待授权专利多项。拓路2011年，蔡伟文受聘为福州大学生物科学与工程学院特聘教授，创立福州大学应用基因组学研究所，主要研究方向是将新一代DNA芯片技术和新的DNA测序技术相结合，对临床重大难题，如多种癌症和出生缺陷的基因缺陷特征进行广泛和深入研究，并致力于将现在国际上的前沿研究成果推向临床应用。为了加速度搭建国内的科研平台，他又做了一件史无前例的事情，花了数量可观的美金将美国实验室的整套设备自费买出来，以整体平移的方式置入福州大学。提及这个细节，他说：“我回国的想法很简单，首先，我的技术在出生缺陷的产前筛查方面有比较好的应用前景。优生优育是我们国家的一个政策，但说实话，现在并没有什么特别好的技术。我在研究技术应用的时候，所有的环节都是考虑中国如何使用而设定的，如果技术推出去，首先希望造福自己的同胞。”除此之外，蔡伟文还对出生缺陷的相关基因研究十分感兴趣。在这一方面，国内也可以找到不少罕见的病例。回国以后，一切都进行得比较顺利，政府、学校都很支持，团队里的老师学生都很敬业。蔡伟文提到，尤其要感谢他的助手林俊。林俊原来在学校科技处工作，因为看好他的科研前景加入了实验室，承担了很多行政工作，让他有更多的时间专注于研究上。“至于设备，国内进口比较缓慢，时间是耗费不起的，带一些设备回来，也是用于我们自己的研究，起步会比较轻松。”迈出了稳健的第一步，面向未来，蔡伟文信心满满：“我最大的愿望就是这个平台建成一个国际性的合作平台。我们现在有了空间，有了国内的特色资源，可以切实的应用我们的核心技术，做出国际影响力。通过这个平台，我们可以吸取一些技术，也可以更多地培养相关人成才，把科研的过程、教学的过程，转化成打造学生自信心和专业能力的过程。”