倒计时4天丨探寻分子层面的生命密码
2020-10-26
WLF
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  “给我一个人体细胞,我就可以告诉你它的整个基因组。”

  这句霸道总裁式的科研漫谈,出来自今天的重磅科学家:北京大学李兆基讲席教授谢晓亮。作为单分子酶学和单细胞基因组学的开拓者,从哈佛大学终身教授到北大理学部的领头人,谢晓亮对人类的生命健康做出巨大贡献。凭借MALBAC技术以及之前卓越的科研成就,谢晓亮获得了2015年的阿尔伯尼生物医学奖,并成为该奖项首位华人获奖者。

  虽然目前的研究集中于分子生物学、基因组学及临床医学,谢晓亮的本科专业学的其实是化学。他曾在一场演讲中指出,“在化学和生化的教科书里,分子相互作用和化学反应总是在单分子的水平上描述的;可是直到最近,我们的化学知识几乎都是从含大量分子的实验中得到的,达到摩尔的数量级。”


  把思维迅速拉回高中的化学课本,一摩尔是2克氢分子的分子数目,被称作是阿伏伽德罗常数。阿伏伽德罗是意大利的化学家、物理学家,他定义了阿伏伽德罗常数,但他只知道这是一个非常大的数,直到这位科学家离世,他也不知道这个数到底有多大。

  阿伏伽德罗常数:Na=6.022×10²³

  6乘10的23次方是个天文数字,一摩尔的沙子如果平铺在中国大陆上,可以形成一个60米深的沙漠。

  因此,90年代初,当谢晓亮在美国太平洋西北实验室开始他的独立研究时,对于单分子的兴趣和实践,占据了其研究生涯的大部分时光,并因此取得了无数的硕果。在单分子酶学和单细胞基因组学领域开拓重要技术硬件之后,谢晓亮也积极地将之应用于各类与生命息息相关的疾病解决上。新冠疫情肆虐之际,他更是迅速开始对新冠特效药的探索和研制。

1、“酸来了,用碱来中和;病毒来了,免疫系统用抗体来中和”

  2020年1月23日,武汉封城。彼时的谢晓亮正在瑞士参加沃斯世界经济论坛,一心想为抗疫出力的他立马改签最近的航班赶回北京。大年初三,大部分人或许还未从春节和疫情交织的复杂情绪中抽离出来,谢晓亮已经开始寻找新冠病毒中和抗体的工作了。

  “我们的专长是单细胞基因组学,不是病毒学家,也不是免疫学家,但当意识到单细胞基因组学也许有可能帮助找到中和抗体的时候,我们太兴奋了!”要知道,当前还没有针对新冠肺炎的特效药。血浆疗法虽然成效显著,但血浆来源有限,而血浆疗法中的有效成分,正是人类免疫系统产生的中和抗体。

科研人员(部分)合影(左起依次为北京大学的耿晨阳、曹云龙、谢晓亮;佑安医院的粟斌、郭向华)
图 | 北京大学

  不过,在血液中寻找中和抗体的难度不亚于大海捞针。幸运的是,利用最新的单细胞基因组学技术,谢晓亮将寻找时间从年缩短到月,仅用了两个月就找到14个高活性的中和抗体。

  5月17日,谢晓亮团队在《Cell》上发表阶段性研究进展,对14个抗体中活性最高的抗体BD-368-2展开动物实验,结果显示该抗体分子能够非常有效地抑制和短期预防新冠病毒的感染。最新的研究发表于9月14日,研究结果合理化了一种新的RBD表位,该表位具有很高的中和效力,并证明了BD-368-2在治疗COVID-19中的治疗潜力。

谢晓亮团队论文
图 | A Cell Press Journal

  “作为科学家,我们相信只有科学,而非政治,才能阻断疫情,使人类免于灾难。”谢晓亮对于科学和人类的关系认知,在新冠疫情里得到了最深刻的实践。而始终倡导“疾病无国界 科研亦如是”的他,也期待着,新冠特效药的问世能够缓解这场面向全人类的危机与考验。

2、为新生命对抗世界的不完美

  “我们去看她的时候,一声儿都没哭,还一直冲我笑。”这是谢晓亮和团队努力下的第一个“MALBAC试管宝宝”,于2014年在北京大学第三医院诞生。如果只以为这是个“试管婴儿”,那么你对生殖医学的可能性还一无所知。

  当时,谢晓亮还在哈佛任教,他与北大的乔杰教授、汤富酬教授合作,成功地将MALBAC技术精准运用于试管婴儿的基因缺陷筛选。目前,已经有超过一千例不携带父母基因缺陷的健康的MALBAC宝宝在中国出生,为许多夫妇避免了初为人父母,宝宝却带有先天缺陷的痛苦。

谢晓亮(左)
图 |细胞杂志

  那么MALBAC(multiple annealing and looping-based amplification cycles)技术究竟是什么呢?即:多次退火环状循环扩增技术,是目前最先进的全基因组扩增技术。

  传统上为大家所熟知的DNA扩增技术是“PCR技术”(没错,就是高中生物课本上的那个PCR!),其对于DNA的放大作用被广泛应用于医学、生物学等领域,但在放大偏差上具有较大的局限性,如果用它来放大整个基因组,覆盖率只有5%。

  而2012年,由谢晓亮开创的MALBAC单细胞扩增技术,大大提高了单细胞基因组扩增的均匀度、覆盖率以及测序的精准度。将此技术用于生殖医学,能够成功筛选没有遗传疾病的试管婴儿。

  未来,当越来越多的健康宝宝呱呱坠地,无数家庭的幸福与泪水交织在新生儿的第一声啼哭里,这就是对科学家们最响亮的感谢与褒奖。谢晓亮也在每一个动人的基因故事里,逐渐完成自己的科学使命。

谢晓亮
图 | 北京大学

重磅预告

  在本届世界顶尖科学家论坛(WLF)上,谢晓亮将参加世界顶尖科学家生物分子峰会、世界顶尖科学家实验室论坛,探索生命奥秘,共话顶尖科学实验室建设运营之道!

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