20年只為尋找抗病“密碼”
2023-09-06 06:48:29尹潔
環(huán)球人物 2023年17期
尹潔
柴繼杰
柴繼杰的嗓音直爽而洪亮，帶著鮮明的東北口音，聽起來毫無距離感。當(dāng)他滔滔不絕地解釋“抗病小體”在植物免疫系統(tǒng)中的機(jī)能時，《環(huán)球人物》記者有一種回到大學(xué)課堂的感覺。
8月16日，柴繼杰獲得了2023年度未來科學(xué)大獎的生命科學(xué)獎。與他一同分享這份榮譽(yù)的，還有跟他合作近20年的科研伙伴、中科院研究員周儉民。給他們的頒獎詞寫道：“獎勵他們?yōu)榘l(fā)現(xiàn)抗病小體并闡明其結(jié)構(gòu)和在抗植物病蟲害中的功能做出的開創(chuàng)性工作?！?/p>
獲獎前一周，柴繼杰正式入職西湖大學(xué)，擔(dān)任植物免疫學(xué)講席教授。1966年出生的他，人生經(jīng)歷在國內(nèi)學(xué)術(shù)界頗具傳奇性——他是從造紙廠走出的世界頂尖科學(xué)家。
“起初只是想換個工作”
初中時期的柴繼杰，中考成績不理想，畢業(yè)后沒有考上重點高中，上了一所普通高中，1983年考入大連輕工業(yè)學(xué)院。
填報專業(yè)時，柴繼杰本來報的是輕工業(yè)機(jī)械，因為“聽起來高大上”，但可能抱有同樣想法的人太多了，他最后被調(diào)劑到了制漿造紙專業(yè)。4年后大學(xué)畢業(yè)，柴繼杰被分配到丹東鴨綠江造紙廠，成為一名助理工程師，每月工資66元。
在造紙車間里，重復(fù)性的工作日復(fù)一日，波瀾不驚的生活似乎一眼看得到退休。漸漸地，柴繼杰對外面的世界有了向往。他記得自己第一次到北京時，立交橋帶給他的震撼，同時也感到石油化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，于是做了一個決定——報考北京石油化工科學(xué)研究院（簡稱石科院）的碩士研究生。
備考半年后，柴繼杰通過了筆試。當(dāng)石科院派人來對他進(jìn)行面試考察時，既驚訝于造紙廠簡陋的環(huán)境，也驚訝于4年的工作并沒有打磨掉柴繼杰的學(xué)習(xí)熱情。
“其實我最初的想法并不是為了搞科研，而是覺得自己不太適合那個環(huán)境。從造紙廠辭職，我父母也不大同意，他們認(rèn)為那份工作很穩(wěn)定，還折騰啥。可我還是想換個工作，感覺石油化工行業(yè)更有發(fā)展前途。但是讀了兩年碩士之后，我也沒有發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的研究領(lǐng)域?！辈窭^杰對記者回憶道。
于是，柴繼杰又跨了一次專業(yè)，報考了北京協(xié)和醫(yī)科大學(xué)藥物研究所的博士，攻讀蛋白質(zhì)晶體學(xué)專業(yè)，由此踏入了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的大門。
此時已經(jīng)是1994年。這一年，人類首次克隆出植物的相關(guān)抗病基因。
眾所周知，病蟲害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境都存在巨大危害。100多年前，有英國學(xué)者發(fā)現(xiàn)了植物的抗病基因，證明植物自身具有抵抗病蟲害的能力。但直到1994年，科學(xué)家才克隆出抗病基因，卻不清楚它們的抗病機(jī)制，即它們是怎么工作的。
對此，周儉民曾做過比喻：“抗病基因就像免疫系統(tǒng)的總指揮，它可以調(diào)動千軍萬馬去抵抗病原體，但我們并不知道它具體發(fā)出了什么命令。我們的工作就是研究它如何發(fā)出指令、發(fā)出了什么指令?！睅资陙恚S多國際級實驗室、頂尖科學(xué)家都想破解這個難題，為防治植物病蟲害做出貢獻(xiàn)，卻都無功而返。
柴繼杰博士期間的研究對象正是蛋白質(zhì)。它們通過基因來合成，基因序列決定了蛋白質(zhì)的氨基酸序列。
柴繼杰對記者坦言，自己讀博士時只是對科研很感興趣，還談不上遠(yuǎn)大理想。但之后的一次機(jī)遇改變了他的職業(yè)生涯，科研熱情和潛力被充分激發(fā)出來。
“飽滿的時光”
1998年，年僅31歲的施一公已經(jīng)是國際生物學(xué)界的后起之秀，正在美國普林斯頓大學(xué)組建自己的實驗室。在收到的一堆博士、博士后簡歷中，他看到了一份獨(dú)特的履歷：一個名叫柴繼杰的人，在中國基層造紙廠工作了4年，然后考上碩士、博士，現(xiàn)在又申請了博士后。
施一公覺得這個人有點“邪乎”。按捺不住好奇心，他撥通了柴繼杰的電話。溝通之后，施一公決定錄用這名比自己還大一歲的博士后申請人，理由之一是“能從造紙廠一路堅持下來，一定有他的過人之處”。
此時的柴繼杰正在中科院生物物理研究所做博士后研究。1999年，他踏上了赴美的旅程。
柴繼杰（前右）與周儉民（前左）在一起。
“北生所提供的科研條件很有吸引力，管理機(jī)制也比較自由靈活，適合做一些創(chuàng)新性的工作?！辈窭^杰回憶，“那時我對科研工作產(chǎn)生了很大的熱情，也有了一些成果，希望能回國從事進(jìn)一步的研究?！?/blockquote>
到普林斯頓大學(xué)報到的第一天，柴繼杰就給施一公留下了深刻印象。在會議室里，施一公講完課題要求和實驗設(shè)計后，另一位博士后去準(zhǔn)備實驗了，柴繼杰站著沒動。
“一公，你能不能再講一遍？”柴繼杰問。
“你聽懂了多少？”施一公反問。
“大部分沒太聽懂……”柴繼杰有點尷尬。
于是施一公又從頭講起，從最基礎(chǔ)的內(nèi)容開始。
多年后，施一公回憶這段往事時依然記憶猶新：“我預(yù)料到柴繼杰的基礎(chǔ)會很差，來了之后才發(fā)現(xiàn)，他的基礎(chǔ)比我想象的還差。”
柴繼杰對當(dāng)時的經(jīng)歷更是難忘：“那時我連最基礎(chǔ)的PCR實驗（聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）都沒做過，一切都是新的。施老師手把手地教我，他在儀器上操作，我在旁邊拿個小本子記?！?/p>
除了專業(yè)知識，柴繼杰還得提高英文水平。他聽從施一公的建議，每天堅持閱讀英文報紙及文獻(xiàn)；為了節(jié)約時間，他把煙也戒了。
其實，施一公并不介意柴繼杰的基礎(chǔ)差，他多次坦言：“在我看來，起跑落后，但后程全力拼搏的人，很可能會有大出息?！?/p>
柴繼杰豐富的經(jīng)歷還帶來一個好處，就是“不按常理出牌”，經(jīng)常有一些天馬行空的想法，幫助團(tuán)隊突破研究瓶頸。
比如某一項實驗的溫度通?？刂圃?2攝氏度—24攝氏度，有一天柴繼杰突發(fā)奇想，想試試將溫度設(shè)定為16攝氏度會怎樣，結(jié)果有了新的發(fā)現(xiàn)。
“可能因為我的知識背景比較復(fù)雜，反而能以不同的方式思考問題，不太容易被固定思維框住?！辈窭^杰說。
有一些實驗需要特殊設(shè)備，而能提供這些設(shè)備的是位于紐約長島的布魯克海文實驗室。這個實驗室屬于稀缺資源，科學(xué)家們都搶著預(yù)約，一旦約上就要通宵達(dá)旦地趕做實驗，直到出結(jié)果。每次去布魯克海文實驗室都是施一公開車、柴繼杰坐在副駕駛的位置上。實驗室提供了一個休息室，但只有一張床位，兩人總是爭著把床位讓給對方，自己打地鋪。
“那時我們一邊做實驗，一邊放著老歌，一做就是一天。這是我被新知識密集沖刷，最快樂、最飽滿的時光?！痹谄樟炙诡D大學(xué)，柴繼杰度過了5年博士后生涯。他找到了做科研的熱情，也發(fā)表了很不錯的論文。一些到工業(yè)界工作的機(jī)會也出現(xiàn)在他面前，但施一公把他勸住了：“繼杰，如果你離開學(xué)術(shù)界，肯定會后悔的?！?h3>捅破“窗戶紙”
2004年，剛成立不久的北京生命科學(xué)研究所（簡稱北生所），在美國招聘獨(dú)立實驗室負(fù)責(zé)人（PI）。這是北生所第一次招聘PI，一共有13位候選人進(jìn)入最終的面試，其中包括柴繼杰。
“北生所提供的科研條件很有吸引力，管理機(jī)制也比較自由靈活，適合做一些創(chuàng)新性的工作。”柴繼杰回憶，“那時我對科研工作產(chǎn)生了很大的熱情，也有了一些成果，希望能回國從事進(jìn)一步的研究?！?/p>
面試地點安排在康涅狄格州的一家酒店里，施一公又一次開車帶著柴繼杰前往。一天面試下來，評委投票，有6人順利入選，柴繼杰排在第七位，個別評委對他的潛力存疑。
最后，是施一公的一句話起了決定性作用：“如果繼杰和我競爭同一個高難度課題，我的勝率大約50%?！?/p>
就這樣，柴繼杰回國了。在北生所的一幢紅色四層建筑里，他有了自己的實驗室，而對面的“鄰居”，就是周儉民。
周儉民也是從美國回來的北生所首批PI之一，致力于研究植物和微生物相互作用機(jī)理。柴繼杰歸國后又開始吸煙，于是和周儉民成了“煙友”。兩人邊抽煙邊聊工作，越聊越投機(jī)。
柴繼杰在美國時的一大研究方向，是動物細(xì)胞凋亡。當(dāng)他聽周儉民介紹了植物抗病免疫的相關(guān)研究后，敏銳地察覺到，動物細(xì)胞凋亡體與植物抗病蛋白在生物進(jìn)化上有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，隨即產(chǎn)生了強(qiáng)烈的研究興趣。
于是，雙方團(tuán)隊“在最合適的時間做了最合適的事”——2004年，柴繼杰和周儉民開始合作研究植物抗病蛋白，探索其免疫機(jī)制，3年后有了初步成果，即“誘餌模型”。該理論認(rèn)為，某種“誘餌”蛋白會將細(xì)菌毒性蛋白引入“空城”，一旦“誘餌”蛋白被破壞，抗病蛋白就會迅速激活，指揮被感染的細(xì)胞與細(xì)菌“同歸于盡”，阻止病原體擴(kuò)散，從而保證周圍組織的正常生長。
然而，這篇論文在《自然》雜志發(fā)表后，引發(fā)了學(xué)術(shù)界的質(zhì)疑，因為“誘餌模型”與當(dāng)時的主流觀點是有沖突的，柴周二人也因此承受了很大的壓力。
周儉民回憶：“那段時間，我們的挫敗感是很強(qiáng)烈的，但我慢慢意識到，科學(xué)的發(fā)現(xiàn)不光是要說服自己，還要說服同行，包括那些最權(quán)威的同行。沒有別的捷徑，我們只能去不斷地尋找新的證據(jù)，用事實說話。這需要勇氣、耐心和策略?！?/p>
尖端領(lǐng)域的科學(xué)探索往往如同大海撈針，多少頂級科學(xué)家窮經(jīng)皓首，也未能找到捅破“窗戶紙”的那個點。正如周儉民所說：“科學(xué)上有很多偶然性，同一類蛋白有很多變體，哪個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠成功解析是無法預(yù)測的，需要勇敢地不斷嘗試。”
在這個過程中，周儉民發(fā)現(xiàn)了柴繼杰身上最突出的特點——專注，“他會盯著一個事情快速推進(jìn)，毫不客氣地追問我們，某個工作做了有沒有結(jié)果，逼得很緊，而一旦有結(jié)果需要他跟進(jìn)，他都會快速響應(yīng)?！?/p>
2009年，柴繼杰調(diào)入清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，繼續(xù)從事之前的研究，經(jīng)常是第一個到實驗室，最后一個離開，同事們評價：“我們很懷疑，柴老師有沒有逛過清華園?！?/p>
“做科研，勤奮是必須的，國外也是這樣。因為科研是一場長跑，即使勤奮，10年出不了成果也很正常，必須有一顆平常心?！辈窭^杰說，“大家看我們當(dāng)教授的不用坐班，好像很自由，其實我們很多個星期六、星期天都在工作，我們的‘自由是花了比別人多得多的時間才換來的?！?h3>訣竅是“不斤斤計較”
2013年前后，柴繼杰團(tuán)隊取得了多項突破，為培育廣譜抗病作物品種提供了理論基礎(chǔ)；2015年，周儉民團(tuán)隊成功驗證了“誘餌模型”；2017年，柴繼杰獲得德國“洪堡教席獎”，前往科隆大學(xué)和普朗克植物育種研究所開展研究。
“德國那邊提供了5年500萬歐元的科研基金，我可以做任何感興趣的課題，所以就去了。后來因為疫情，時間延長了一年?！辈窭^杰說。雖然工作環(huán)境很好，但語言不通讓他不太適應(yīng)。有一次坐車，因為溝通不暢，他把方向坐反了?！罢Z言不通讓我非常沮喪，如果他們用德語交流，你會有種局外人的感覺?！?p>
2016年5月，柴繼杰在大學(xué)里做學(xué)術(shù)報告。
2019年，柴繼杰和周儉民的研究迎來了更大的突破，發(fā)現(xiàn)植物抗病小體并成功解析其電鏡的結(jié)構(gòu)。更為重要的是，該抗病小體的結(jié)構(gòu)為其生化功能提供了重要的線索。后來的研究證明該抗病小體具有離子通道活性，并發(fā)現(xiàn)“抗病小體”的激活會引發(fā)植物免疫反應(yīng)和細(xì)胞死亡。這破解了困擾植物免疫學(xué)界20多年的難題，被視為行業(yè)內(nèi)的里程碑事件。2022年，柴繼杰團(tuán)隊在國際頂級學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了6篇關(guān)于植物免疫的論文。
獲得未來科學(xué)大獎后，柴繼杰和周儉民表達(dá)了一致的感受：“這凝結(jié)了我們20年來的成果?！?/p>
對于兩人多年的合作，柴繼杰的評價是“高產(chǎn)且愉快”，其中的訣竅就是“不斤斤計較”。
“我倆都不是社交達(dá)人，基本上只專注于科研，沒有因為利益分配的問題鬧過矛盾。”柴繼杰說，“未來，我們會繼續(xù)研究植物免疫抗病的新方法，探索新的病蟲害防控手段，希望能減少化肥的使用?！?/p>
柴繼杰
1966年出生于遼寧，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家。協(xié)和醫(yī)科大學(xué)博士，后赴美從事博士后研究，回國后在北京生命科學(xué)研究所、清華大學(xué)工作?，F(xiàn)任西湖大學(xué)講席教授，2023年8月獲未來科學(xué)大獎。
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