胡瑋：探索生物被膜的奇妙之旅

徐艷慧

在我們的自然界中，生長(zhǎng)著一類(lèi)難以用肉眼觀察到的微小生物，如病毒、細(xì)菌、真菌、部分原生動(dòng)物和藻類(lèi)等，這些個(gè)體被統(tǒng)稱(chēng)為微生物。在自然條件下，微生物能夠附著在物體表面形成高度結(jié)構(gòu)化和群落化的生物被膜（biofilms），這種生活方式與浮游生長(zhǎng)相比有顯著不同。在生物被膜形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，微生物細(xì)胞一旦被吸附，其生物學(xué)特性將發(fā)生明顯的改變，尤其是在生理應(yīng)答和發(fā)育動(dòng)力學(xué)等方面，細(xì)胞可啟動(dòng)一套完全不同的基因，使其變成有別于單細(xì)胞狀態(tài)的群落化的“高等”生物。

作為多數(shù)微生物首選的具有保護(hù)性的生存方式，生物被膜不但對(duì)于細(xì)胞在環(huán)境中的存活至關(guān)重要，還在許多感染性疾病中扮演了重要角色。已有的研究表明，大約65%的人類(lèi)細(xì)菌性感染與生物被膜密切相關(guān)。此外，生物被膜還會(huì)污染與人類(lèi)生活相關(guān)的設(shè)施，如空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和食品加工設(shè)備等，由此造成傳染病的流行。作為微生物相關(guān)領(lǐng)域的主要熱點(diǎn)之一，國(guó)際微生物學(xué)界對(duì)生物被膜的相關(guān)研究一直非常重視?！疤剿骷?xì)菌生物被膜的形成機(jī)制，開(kāi)發(fā)相關(guān)防治技術(shù)，更好地服務(wù)人類(lèi)社會(huì)?！边@是山東大學(xué)微生物技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任胡瑋教授一直在求索的問(wèn)題。

胡瑋

讓夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

1977年，胡瑋出生在山東省濟(jì)南市一個(gè)高知家庭。由于父母都是山東大學(xué)的老師，在他們的熏陶和教育下，胡瑋從小就特別熱愛(ài)學(xué)習(xí)，成績(jī)一直名列前茅。高中階段，“學(xué)霸”胡瑋多次參加數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的全國(guó)性競(jìng)賽，并取得好成績(jī)。這使得他沒(méi)有參加高考，直接被保送到山東大學(xué)就讀。

1995年夏天的一個(gè)傍晚，胡瑋在校園里邊散步邊想著選專(zhuān)業(yè)的事兒：“是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)好還是國(guó)際金融專(zhuān)業(yè)佳呢？”就在犯難之際，一個(gè)轉(zhuǎn)角間，他碰到了鄰居——山東大學(xué)微生物學(xué)科創(chuàng)始人王祖農(nóng)教授。在與王老的交流中，胡瑋不僅對(duì)微生物專(zhuān)業(yè)有了了解，還知道了法國(guó)微生物學(xué)家、化學(xué)家巴斯德許多動(dòng)人的故事?！鞍退沟掠幸痪洳恍嗟膼?ài)國(guó)名言：‘科學(xué)雖沒(méi)有國(guó)界，但科學(xué)家卻有自己的祖國(guó)?！@擲地作響的話語(yǔ)，充分表達(dá)了一位科學(xué)家的愛(ài)國(guó)情懷，也讓我對(duì)他產(chǎn)生了無(wú)比崇拜之情。”就此，胡瑋開(kāi)啟了與微生物學(xué)的奇妙緣分。

目標(biāo)是行動(dòng)的指引。在求學(xué)路上，胡瑋一直朝著心中的理想不斷奮進(jìn)?！俺蔀橐幻咝＝處熓俏覐男〉酱蟮膲?mèng)想?！彼f(shuō)，除了受到父母的影響外，自己也覺(jué)得老師是一個(gè)值得讓人尊敬的職業(yè)。胡瑋深知，要想圓夢(mèng)，光憑本科階段的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為此，他于2000年申請(qǐng)到山東大學(xué)微生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的博士，進(jìn)行進(jìn)一步的深造。

畢業(yè)不久，胡瑋便迎來(lái)了他人生中的第一次教學(xué)，不過(guò)不是在山東大學(xué)，而是在新疆喀什師范大學(xué)。由于山東大學(xué)對(duì)口支援喀什師范大學(xué)，在學(xué)校急缺生命環(huán)境科學(xué)系老師的情況下，身為一名共產(chǎn)黨員的胡瑋被委以重任。他坦言，雖然只有短短3個(gè)月的時(shí)間，但這段經(jīng)歷對(duì)他來(lái)說(shuō)，意義非凡?！暗搅诵陆?，我深刻地感受到祖國(guó)的地域如此遼闊，風(fēng)景如此美麗。新疆的人民熱情好客，各民族之間和睦相處，親如一家人。”胡瑋說(shuō)，“在喀什，我與很多少數(shù)民族的老師和學(xué)生成了朋友，還被邀請(qǐng)到他們家中做客。盡管這么多年過(guò)去了，但我們依然保持著聯(lián)系，關(guān)系還是那么親密。”離開(kāi)新疆時(shí)，胡瑋還將在喀什師范大學(xué)的所有講課費(fèi)用捐出，加上一些個(gè)人積蓄，資助了一名貧困大學(xué)生的4年學(xué)業(yè)。如今，這名學(xué)生也成了一名光榮的人民教師。

2008年，胡瑋以訪問(wèn)學(xué)者的身份，遠(yuǎn)赴美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校牙醫(yī)學(xué)院口腔生物學(xué)系進(jìn)行博士后研究，在細(xì)菌生物被膜領(lǐng)域接受了系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，極大地提升了個(gè)人的科研水平。2011年研究工作期滿后，他回到山東大學(xué)繼續(xù)任教。經(jīng)過(guò)多年的歷練，現(xiàn)如今，胡瑋已由生命科學(xué)學(xué)院的一名講師成長(zhǎng)為教授。2017年開(kāi)始，他還擔(dān)任了山東大學(xué)微生物技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。眾多的頭銜下，胡瑋坦言，自己最喜歡的仍然是“老師”這個(gè)稱(chēng)謂。他特別推崇一句話——“有教無(wú)類(lèi)，因材施教”?！耙鶕?jù)學(xué)生的不同情況，采取不同的教學(xué)方案。”胡瑋說(shuō)，他的課程面向全校學(xué)生開(kāi)放。有的學(xué)生是學(xué)文或者藝術(shù)類(lèi)的，這時(shí)他就需要做一名科學(xué)的傳播者，盡量將內(nèi)容講得有趣些，讓學(xué)生們更了解這個(gè)專(zhuān)業(yè)。針對(duì)本科生，他主要側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。而針對(duì)碩士、博士生，他就會(huì)融入更多的前沿知識(shí)?！拔艺J(rèn)為，老師就像是麥田里的守望者——成長(zhǎng)需要等待，教育需要守望。守望，不是放任自流，也不是揠苗助長(zhǎng)。守望，是一種嚴(yán)格的看護(hù)，一種執(zhí)著的堅(jiān)守，一種智慧的等待。好老師，就應(yīng)該是這樣的守望者?！焙|說(shuō)。

“知之愈明，則行之愈篤”

從博士開(kāi)始，胡瑋先后師從我國(guó)著名的黏細(xì)菌研究專(zhuān)家、山東大學(xué)的李越中教授和國(guó)際知名的生物被膜權(quán)威、加州大學(xué)洛杉磯分校的施文元教授（現(xiàn)為哈佛大學(xué)Forsyth研究院院長(zhǎng)），一直致力于細(xì)菌生物被膜形成分子機(jī)制的研究。在這一領(lǐng)域，胡瑋先后獲得了多個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)課題、科技部原“863”課題、山東省科技重大專(zhuān)項(xiàng)和重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。

隨著“健康中國(guó)”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，胡瑋響應(yīng)國(guó)家“科學(xué)研究既要追求知識(shí)和真理,也要服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和廣大人民群眾”的號(hào)召，與國(guó)內(nèi)多家科研與臨床單位和知名上市企業(yè)合作，致力于細(xì)菌生物被膜防治技術(shù)及藥物的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，努力將科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。

21世紀(jì)以來(lái)，在臨床需要和科技進(jìn)步的推動(dòng)下，生物醫(yī)藥材料取得了巨大成功，挽救了數(shù)以千萬(wàn)計(jì)危重病人的生命。但是，生物醫(yī)用材料植入人體后，蛋白和細(xì)胞等生物組織在其表面吸附，輕則影響其功能，重則造成凝血和血栓，引發(fā)免疫反應(yīng)、癌變甚至死亡。與此同時(shí)，材料的生物污染，尤其是微生物被膜的定殖，造成器械相關(guān)感染，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。美國(guó)疾控中心的數(shù)據(jù)顯示，50%的院內(nèi)感染與植入性器械有關(guān)，相關(guān)的醫(yī)療費(fèi)用高達(dá)100億美金/年以上。解決這一問(wèn)題的根本出路在于使用具有抗污活性涂層化合物對(duì)材料進(jìn)行表面改性。

“保守估計(jì)，北美市場(chǎng)在抗污改性的相關(guān)花費(fèi)年均超過(guò)50億美金，我國(guó)該類(lèi)市場(chǎng)的預(yù)測(cè)年復(fù)合增長(zhǎng)率則高達(dá)11%～15%。但是，目前應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)抗污染改性劑存在易氧化、穩(wěn)定性和抗感染能力不足等嚴(yán)重問(wèn)題?！焙|介紹道，“兼性離子聚合物被認(rèn)為是更具應(yīng)用前景的新一代抗污染材料。目前，該類(lèi)聚合物在國(guó)內(nèi)主要被用于洗滌紡織、分離膜處理、石油開(kāi)采和船體涂層等領(lǐng)域，對(duì)于性能要求較高的生物醫(yī)用材料行業(yè)的針對(duì)性產(chǎn)品鳳毛麟角。與此同時(shí)，對(duì)于國(guó)際上相關(guān)產(chǎn)品的分析表明，兼顧降低蛋白與細(xì)胞吸附和阻止生物被膜形成的多功能型聚合物將是該領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重要方向。”

由此，胡瑋帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和山東奧博生物科技有限公司合作開(kāi)展了山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才戰(zhàn)略新興創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)“復(fù)合型甜菜堿類(lèi)兼性離子高聚物的制備及其在生物醫(yī)用材料中的應(yīng)用”的研究。針對(duì)不同使用目的，胡瑋基于企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品的合成與純化工藝，制備多個(gè)兼性離子單體和聚合物，通過(guò)醫(yī)藥級(jí)產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)成功實(shí)現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)；通過(guò)在聚合物分子中插入有效抑制病原微生物被膜形成的活性單體，從根本上解決相關(guān)產(chǎn)品抗感染能力不足等問(wèn)題；基于產(chǎn)品類(lèi)別、應(yīng)用領(lǐng)域和活性要求，研發(fā)針對(duì)性的表面涂層與改性工藝；利用多種技術(shù)手段，建立評(píng)估聚合物產(chǎn)品的物化特性、抗污活性與生物安全性的系統(tǒng)分析體系……該項(xiàng)目的相關(guān)研究成果將進(jìn)一步拓寬兼性離子高聚物在生物與醫(yī)用材料領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍，并為面向生物醫(yī)用材料表面改性的高端復(fù)合型聚合物類(lèi)產(chǎn)品的研發(fā)與升級(jí)提供指引。

“我很喜歡喬布斯的座右銘：stay hungry, stay foolish。翻譯成中文即是，求知若饑，虛心若愚?？茖W(xué)研究的本質(zhì)就是解決問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程是我不斷汲取能量、獲得進(jìn)步的過(guò)程。這也是我一直樂(lè)在其中的原因吧！”胡瑋說(shuō)。