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生物学家翁经科东方中药正叩响西方科学大门

来源:植物园 时间:2023/1/31
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在怀特黑德生物医学研究所内,翁经科致力于从栽培的植物中寻找药用化合物。

年斯隆研究奖(SloanResearchFellowships)的名获奖者中,共有17位华人获此殊荣。该奖自年设立以来颁发给物理学、化学和数学领域的杰出青年,以向这些“早期职业科学家和学者提供支持和认可”,后来陆续增加了神经科学、经济学、计算机科学、以及计算和进化分子生物学。虽然奖金数额并不抢眼,但该奖项自设立以来共产出了43位诺贝尔获奖者,16位菲尔茨奖获奖者,以及众多杰出人才。其中一位获奖的生物学家翁经科,他所尝试的方向可以理解为用西方科学解构华人中药。对于众多认为中医是伪科学、安慰剂的人来说,他的研究领域其实颇富争议。

当记者来到生物学家翁经科的实验室,见到的,与想象中的那种科学实验室颇有些格格不入。工作台下是一堆污泥,看着像落叶搅成的浆水。实验台上摆满了各种小瓶子,里面装有棕色、赭色和泛红的各色花粉提取物。一旁,箔片覆盖的烧杯里装着某种药草的发酵液,有点浑浊,就像隔夜的生蛋清。在翁经科的眼里,这些可都是宝贝——这个宝库之中,可能蕴藏着癌症、失眠或血液病的各种解药。

许多药物发现专家没准都会对此嗤之以鼻。他们会说,世界上最大的制药公司历经数十载,砸了不知道多少钱,试图从植物中发现新药,但事实证明,这条路要走通,实在是太难了。但翁经科完全无视这些非议。才34岁的他已经帮助找出好几种重要植物化合物的生成机制。在外留学、做研究的这些年来也屡获殊荣。年他获得坦斯利奖章(TansleyMedal),年获得舍尔学者奖(PewScholarintheBiomedicalSciences),今年2月又获得斯隆研究奖(SloanResearchFellowships)。

目前翁经科就职于怀特黑德生物医学研究所(WhiteheadInstituteforBiomedicalResearch),带领着一支博士后研究团队。他的目标是用花生皮、盘曲的根须以及名为淫羊藿的草药,还有七楼温室里那些奇奇怪怪的花,来治疗人类疾病。这类研究其实并非脑洞大开的奇思妙想。当前市面上最畅销的一些药品都来自植物:阿司匹林提取自柳树皮,可减缓肿瘤生长速度的紫杉醇来自太平洋紫杉树,白血病药物长春新碱提取自一种名为长春花的粉红色丛林花朵。去年,中国化学家屠呦呦凭借她对青蒿素的研究成为诺贝尔生理学/医学奖获得者之一,因为,这种治疗疟疾的药物提取自一种名为黄花蒿的草本植物。

但在马萨诸塞州剑桥市的肯德尔广场,这个美国生物技术的重要孵化园区,这样的植物研究却颇有些与众不同。20世纪80年代,大多数美国大型制药公司都渐渐停止天然产物的甄选。这个过程成本高昂,那些“灵光闪现”往往是白高兴一场:好不容易找到个“新”分子,结果发现是人们已知的东西。虽然还有些学术实验室和小型初创企业在继续做着这类研究,但他们主攻的是细菌和真菌,因为在这些微生物中,适合于生成药用化合物的基因片段往往扎堆出现。但植物就不一样了。哈佛大学化学家、天然产品公司WarpDriveBio创始人格雷戈里?威尔丁(GregoryVerdine)说:“一旦涉及到植物,就等于是在本就极其复杂的东西上又添加了一重复杂性。”

鱼腥草的启发

大多数科学家在谈到研究时都忌讳使用“神奇”这个词,但翁经科在描述自己的植物时,偏偏最喜欢用它。这种信念植根于翁经科的儿时经历。在杭州长大的他,小时候一生病,妈妈就会到外面摘一盆鱼腥草回来。那时候这种植物随处可见,就跟野草一样。摘回来的鱼腥草会熬成药汤,那种汤颜色发黑,味道也很难闻。“看着就让人反胃,味道也不好,但我很喜欢喝,因为身体不舒服的时候,它确实管用。”他说。

翁经科的母亲不是中医,但她知道怎么治疗平时的小病小痛。他的父亲是一位地质学家,经常带他到野外去做考察,教他识别不同种类的岩石,谈论大陆漂移理论。但翁经科最感兴趣的还是植物和昆虫。在浙江大学念本科时,他本来是学生物科学的神经科学方向。但他不想从事这种需要不断杀死小白鼠的工作。于是出国留学,在普渡大学攻读博士学位,研究木材化学。

翁经科研究了一种叫木质素的化合物。早在亿万年前它就出现在地球上。正因为它的出现,植物才能长高,才不会轻易腐烂,茂盛的植物才能制造出充沛的氧气,才会使得昆虫在后来进化出翅膀。植物自身必须具备一条内在的“生产线”才能制造出木质素这样的化学物质。试想有一溜汽车工人,每个人都负责一件事情,比如一遍遍地拧螺丝或打孔。在植物中,扮演工人角色的就是各种酶,拿着最基本的分子底盘,这里加一个氧,那里加一个碳,直到一个简单的分子被改造成一部复杂的机器。

翁经科不仅能分辨这个分子装配线中的不同工序;还能定位出让某种植物得以进化的特定基因。“他是我教过的所有学生中最具创造力的一个,可能以后也碰不到像他这样的了,”他在普渡大学的博士生导师克林特?查普尔(ClintChapple)说。“大多数博士生毕业时能完全的牵头科研论文不过三两篇。但翁经科发表了13篇。通常情况下,这都够你换一个终身教职了。”

装有花粉提取物的小瓶。其中可能蕴藏着未来医药的秘密。

从亚马逊网站上寻找方向

翁经科固然是这个领域难得一见的人才,但当初怀特黑德研究所邀请他加盟着实让人意想不到。因为怀特黑德是一个生物医学研究中心,里面全是癌症生物学家。而翁经科花费多年时间研究的是使植物得以站立的分子机制。但他没有被吓倒。他最拿手的是分析植物的酶生产线——这些微型工厂几乎能生产出无限量的各色化学物质,其中不乏具有药用价值。于是他调整方向,开始寻找这些物质。有一次,他从一个自然历史博物馆的讲解员口中了解到,美拉尼西亚部落会在一些仪式上,使用具有镇静作用的卡瓦胡椒根。没过多久,他就收到了从夏威夷一个育苗厂买来的鲜活植株。

还有一次,翁经科的父亲看到一个实验,证明花生皮能改善血小板减少。他向儿子提起了这件事,于是,翁经科便从中国买来了一大箱花生皮。现在,它们正泡在实验室工作台下的乙醇里。他带的一个博士后爱好冲浪,听说红藻中蕴含抗癌化合物,就从加州一个潮池里拔了一堆红藻回来。现在,他们正准备在翁经科的实验室里对它展开基因测序。有时候,翁经科还会利用亚马逊网站来观察某种植物的效力。草药类营养品在这个网站上很热销,翁经科就去翻评论,看购买萃取剂的人都怎么说。

“人们会报告服用过后身体的反应。这些信息是免费的。”他解释说。如果报告某种反应的人足够多,他就判定这种植物是值得研究的。他说道:“令人欣慰的是,花在这上面的时间都是值得的。”拿到一株植物,翁经科所做的第一件事就是把它大卸八块。分解成根、茎、叶,甚至连植物的绒毛也要拔下来。然后把每个部分捣烂。一边提取遗传物质并测序,另一边,一台机器用电子轰击植物分子,来鉴定其中所含的化合物。有了这两组数据,翁经科就试图把他感兴趣的强效化学物质和特定基因匹配起来。一旦确定必须的基因片段,他就把它嫁接到大肠杆菌或酵母菌里面,用这些菌株作为活体农场,大量生产药用化合物。

浸泡在乙醚提取液中的红色花生皮

“我们赌得起”

去一趟翁经科的温室你就能明白,为什么要用这些菌株进行微观量产。以西藏红景天为例。在自然界中,它一般生长在海拔几千米高处,是一种名贵的中药,因为非法采摘已经濒临灭绝——相应的化合物也“贵得离谱”。从中萃取出来的粉剂,一毫克(四分之一颗沙子的重量)就要卖到美元。更糟糕的是,一旦移栽到低海拔地区,那种有益的化合物就停止生成了。其他一些特有的植物化学物质也同样很难获取,连用来做基础研究都不够,更别提临床试验了。

然而,翁经科和他的团队就通过上面提到的基因嫁接技术,“诱导”酵母菌制造出西藏红景天中的那种药用化学物质,创造了一种廉价的收集方式。在这些烧杯里,或者温室另一边像弗拉门戈舞裙裙摆一样的花朵里,或是那个会冲浪的博士后的海藻里,会不会出现被美国食品和药物管理局(FDA)批准的药物,现在还很难说。但走在布满细菌的烧杯和装有花粉的小瓶子中间,翁经科一点也不紧张。用那位叫做托伦斯-斯宾塞的研究员的话说:“我们赌得起,潜在机遇绝对是无处不在的。”

以下是翁经科年获得坦斯利奖章时接受的采访。

是什么激发了你对植物科学的兴趣?你是在很小的时候就受到吸引,还是某个人或某件事触动了这种兴趣?

翁经科:我小时候的家距离本地一处植物园很近,父亲总是带我去那里晨练。我在植物园度过了很多难忘的时光:品尝红色的鼠尾草花蜜,捡橡子,用玫瑰茎制作小剑,挖蚯蚓,还有观察昆虫。我对自然世界植物的热爱是从小培养起来的。因此,在开始念研究生时选择植物生物学作为自己的专业,这对我来说是很容易就做出的决定。小时候生病,母亲常用传统草药给我治病。这些草药有很多确实非常有效。这种个人经历激励我研究草药疗效的机理,我目前就在自己的实验室里做这件事。

你为什么决定把科学研究当作自己追求的事业呢?什么事/什么人带领你进入科研领域?

:我的父亲是一位地球化学教授,他对我的职业生涯选择起到了很大的作用。他30多年的科研生涯为我树立了一个绝佳的榜样,让我觉得科学家是世界上最好的工作——你能解决自己感兴趣的问题,同时还能获得报酬。在我的科研生涯中,我还有幸得到两位伟大导师的指导,他们是普渡大学的克林特?查普尔博士(Dr.ClintChappleatPurdueUniversity)以及索尔克研究所(SalkInstitute)的约瑟夫?诺尔博士(Dr.JosephNoel)。我从他们两人身上获益良多,不仅是在开展研究的技术层面,而且更重要的是,还在于如何把科学当成毕生的乐趣来享受。

你所在领域当前的热门话题/最大问题是什么?

:复杂的代谢特征怎样以达尔文主义的方式出现?对于一种植物物种特定代谢产物的生物合成,我们如何有效地识别其底层的基因和途径?我们在很多传统草药身上观察到了所谓的“基质效应”(matrixeffect),其中的机理是什么?

你觉得自己的研究是如何造福社会的?

:我们对植物生物化学的基本理解最终将指导合成生物工厂的设计,而那些工厂可以生产出可再生能源、大宗化学品和药品。

什么激励着你日复一日地工作?

:作为一位科学家,每天总有一些新事物等着我去体验:实验取得了进展,跟其他科学家见面,向学生和博士后提供指导,跟同事喝咖啡时想出新的点子,等等。

你把谁(科学家,或者其他人)看成是自己的榜样?

:正如前面提到的,对我来说,查普尔博士以及诺尔博士是两位重要的科研榜样。在实验室指导下一代科学家时,我会竭尽所能把自己从他们身上学到的优秀品质传承下去。

工作中你最喜欢的事情是什么?

:自由,在自然世界里探索未知事物,不时跟研究发现不期而遇。

你最不喜欢的呢?

:真的不太多。如果我必须得挑出一件来,那就是自己项目申请书被拒的时候。

对于有抱负的植物生物学家/研究人员,你有什么建议?

:一定要跳出常规模式来思考问题!如果你老是感觉自己会被竞争对手拔得头筹,那么你就该认真想一想更改研究课题的事情了。你要自己开创一个领域,成为领导者,而不是追在当前热门课题的后面跑。

除了科学之外,你还有其他什么兴趣爱好——如果你不在实验室/办公室/现场工作,你会在哪里?

:在做科学研究之外,我还是资深的探戈舞者和古典吉他手,我喜欢古典音乐、体育运动和旅游。此外,我还把很多业余时间用来陪伴我的两个孩子。

你认为自己在5年、10年和20年后是什么样?

:5年后,我希望自己在当前领域取得一些实在的研究成果。10年后,我希望能够把个体研究成果串联起来,形成一个知识体系,让作为整体的它能够增进我们对生物学一些基本原理的理解。20年后,我希望自己可以在研究领域之外对我们的社会产生一种积极的影响。

注:全文翻译整理自《Statnews》“Inhigh-techhub,thisscientisthuntsforcuresinthegreenhouse”和《Newphytologist》“InterviewwithTansleyMedalwinnerJing-KeWeng”

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