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冲击生命科学高峰的“攀登者

  40年前,安徽蒙城县楚村公社朱集大队书记赵国屏被老乡簇拥着上大学时,没有想过今天自己可以站上生命科学领域的高峰:1998年领衔中科院人类基因组重大研究项目;2001—2003年完成乳光牙致病基因克隆和问号钩端螺旋体全基因组测序;2003—2005年揭示“非典”SARS冠状病毒进化机理;2010年揭示代谢酶“乙酰化组”是生物体中普遍存在的全局调控机制;2018年创办的中科院合成生物学重点实验室经“十年生聚”成果叠出,研发出一批细胞工厂并构建首例“单染色体啤酒酵母”。

  1969年,赵国屏前往安徽蒙城县插队落户。与其他青年不同,赵国屏有一个学习生物学的梦想:1953年,美国科学家沃森和克里克提出DNA双螺旋结构模型,一切生物细胞都是靠DNA遗传物质指导生长和繁殖。中学时代的赵国屏在《科学画报》上看到了这个研究成果,心情激荡,“十五而志于学”,从此下决心要学生物。“文革”断送他上北大学生物之梦,但他决心以另一路径实现梦想——那就是建设农村,让粮食丰产,让老百姓丰衣足食。

  有着基层工作经历的赵国屏在班级里推行“让所有同学在大学4年内,都能担任一次干部”的理念,把全班带成上海市三好集体。临近毕业,复旦希望这个已担任校党委委员的年轻人留下工作,但痴迷于科研的赵国屏却去中科院上海植生所攻读硕士研究生。

  在美国学习的赵国屏依然出色。他研究大肠杆菌色氨酸合酶结构功能的关系,利用先进的分子遗传学、分子酶学、免疫学等手段,系统鉴定了酶 β亚基上性质最“奇特”的天然突变,并与导师在著名《生物化学杂志》上发表3篇论文。毕业后,他又在普渡大学执教两年。

  “人生征途艰难路,半世恩怨向谁诉?青春梦里壮志多,中年白发知辛苦。”不惑之年的赵国屏没有忘记当年盛祖嘉教授在复旦课堂上的提问,“科学没有国界,但科学家有祖国。出国之后,你们还回来报效祖国吗?”上世纪90年代初的上海与发达国家差距巨大,美国政府又“优惠”地给中国留学生以“绿卡待遇”,但赵国屏夫妇还是回到了祖国。

  当时的上海是“一年一个样、三年大变样” 的改革开放热土,赵国屏全力以赴投入到科研工作中去。实验室在微生物学次生代谢调控分子机理和蛋白质工程研究等方向上突破技术难点,完成国家“八五攻关项目”的任务;同时获得国家自然科学基金委和国家863项目的资助,走上了良性发展道路。

  上世纪80年代末90年代初,美国等发达国家启动国际人类基因组计划。1997年,中国著名遗传学家谈家桢院士上书中央,呼吁保护我国遗传资源,建议加快我国人类基因组研究进度。在当时总书记“人无远虑、必有近忧,我们得珍惜我们的基因资源”批示的指引下,中国迅速启动人类基因组计划,一方面在国际人类基因组计划中承担完成人类基因组1%的序列测定和识别人类表达基因的1%的任务,另一方面启动医学基因组学和以人类健康为宗旨的功能基因组学的研究。

  1998年,上海市科委牵头,协同中科院、高校和若干医学研究机构,在浦东张江创立国家人类基因组南方研究中心。时任中科院上海生物工程研究中心主任的赵国屏出任理事,在“知天命”年纪,参与到人类基因组研究工作中。他与同事们先后完成I型乳光牙(伴进行性耳聋)疾病基因和家族性白内障基因的克隆、鉴定。2003年4月,以中国科学家为主、法国和美国科学家参与的团队在《自然》杂志上发表钩端螺旋体基因组测序、功能注释,以及进化、生理与致病机理分析的论文。赵国屏是这项历时3年研究工作的领军人物。后来,他又参与真菌、日本血吸虫和家蚕基因组的研究。

  2003年,为揭秘SARS冠状病毒的进化规律,没有项目经费的赵国屏奔赴广州、深圳、香港等疫区,与当地科学家一起,在早期样品和流行病学数据收集的基础上进行测序和分析。随后,在《科学》等权威学术期刊上发表系列论文,不仅为SARS歼灭战作出贡献,而且为探知人畜共患传染病的传播规律,提供了基因组时代的研究模式,展现出上海科学家科研专业精神和科研协同态度。

  40年的科学生涯,使赵国屏对生命科学的未来趋势有着更深入理解。他告诉记者,20世纪中叶以来,生命科学领域已爆发了3次革命:第一次革命是分子生物学革命,DNA双螺旋结构的破解和DNA重组技术赋予人类在分子水平上改造生命的能力;第二次革命是基因组学革命,它让人类对生命本质的认识上升到对整个生命体或生命过程整体认知的基因组层面;第三次革命是本世纪初以“合成生物学”形成为标志的“汇聚研究”革命,人类可以设计、合成并测试基因元件、基因线路、基因组,乃至细胞器、细胞及多细胞体系。“像组装机器一样装配新型生命系统”的理想将变为现实,生命起源、生物进化(演化)、生物体复杂的结构-功能关系等前沿问题有望取得突破,癌症等疑难杂症有望被攻克。

  赵国屏认为,生物医学大数据时代正在到来,它与生命科学的第三次革命一起,将为人类社会和人类健康的提升产生革命性影响。同时,在创新技术转化成工程化平台服务和大数据的开源共享两大推手助力下,生命科学发展将呈现井喷状态,一大批青年学者将迅速崛起。

  然而,生物医学大数据领域目前存在着数据无汇交机制、存储碎片化、管理分散、无安全保障和标准化质控,难形成规模化资源和有效共享转化等严重局限。为此,赵国屏近年来努力推动建立管理统一、有规模、有权威的国家生物医学大数据基础设施。他认为,过去25年中,张江建起了一批产生生物医学大数据、从人类基因组等生命“组学”到药物研发及临床转化的研发机构,最有条件建设以“安全管理、信息共享、技术创新、标准增值、尊重产权、高效利用”为宗旨的国家生物医药大数据基础设施。这不仅是上海建设具有全球影响力的科创中心的重大部署,也将支撑我国抓住第三次生命科学革命机遇,为人类健康科学事业作出更大贡献。上海市政府对于他的建议高度重视,已投入2000万元启动资金,在张江启动该设施的预研工作。

  古稀之年的赵国屏依旧记得10年前写下的一段文字:过去30年,我随中国改革开放的事业成长……无论在何种情况下,我热爱生命科学,热爱中国人民之心不改;我也始终享受从事生命科学研究,服务中国人民的幸福。

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