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2021“科学探索奖”获得者徐彦辉:持续研究20年,在分子生物学前沿开疆拓土

发表时间:2021-09-15  |  阅读次数:19次  |  字体大小 [ ]

913日,2021科学探索奖获奖名单公布,50位青年科学家获奖。复旦大学附属肿瘤医院、生物医学研究院徐彦辉以他在生命科学领域的表现,脱颖而出。

“科学探索奖”是由腾讯基金会出资支持、科学家主导的公益性奖项,是目前国内金额最高的青年科技人才资助计划之一。今年,复旦大学有2位青年科学家获奖:分别是生命科学领域的徐彦辉,数学物理学领域沈维孝。两年来,复旦总共5位老师获奖。2020年,复旦获奖的青年科学家有数学物理学领域张远波、化学新材料领域刘智攀、生命科学领域鲁伯埙。

在祝贺徐彦辉教授的同时,让我们共同聆听他在生命科学领域不懈探索的故事。

徐彦辉,复旦大学附属肿瘤医院、生物医学研究院双聘教授、博士生导师。长期从事结构生物学研究,利用生化和结构生物学方法,研究基因表达调控等关键蛋白质的结构与功能。

在生命科学快速发展的今天,我们体内每天进行的生命活动,人类是否皆已悉数洞察?在结构生物学的世界中,复旦大学附属肿瘤医院、生物医学研究院徐彦辉教授开疆拓土,在科研前沿描绘着生物大分子机器“运转”的本质。

“以往绝大部分的基因转录研究运用的只是一个简化的模型,实质上是用一种特例解释所有情况。而我们的研究成果,从更广义的层面上还原了生命活动的本质。”

徐彦辉团队的研究,刷新了学界以往的认知,拓展着人们对于基因转录的理解——从去年年初至今,徐彦辉带领团队在《科学》(Science)杂志连发4篇长文,揭示了转录起始的基本机制,其中最新的研究成果作为封面文章,颠覆了经典教科书上对于启动子识别的传统看法,也为调控和干预疾病的异常基因表达研究提供了理论上的参考。徐彦辉团队在《科学》(Science)杂志发表的论文中,解析了25种复合物冷冻电镜结构,涵盖了不同转录前起始复合物(preinitiation complexPIC)组装阶段、不同功能状态及启动子类型,全面地回答了转录起始阶段若干重要的科学问题。”中国科学院院士饶子和在针对徐彦辉发表在《科学》(Science)期刊上最新的文章点评中表示。

徐彦辉团队在《科学》(Science)杂志发表了研究长文(Research Article)《人源中介体复合物及其结合转录前起始复合物的结构研究》(“Structures of the human Mediator and Mediator-bound preinitiation complex”

持续研究二十年,向着结构生物学的“珠穆朗玛峰”进发

徐彦辉在结构生物学领域的研究,从研究生开始,至今已经持续了二十余年。“在细胞里面,有千万量级的蛋白质。只有获得这些蛋白的三维结构,才能很好地理解它的功能。”而他最新的研究突破,也正是通过冷冻电镜技术,揭示了转录起始过程中重要蛋白复合物的分子机制,其结构及其所提示的功能关联性对后续转录机制研究具有重要的指导意义,将分子生物学领域相关研究推到了一个新的高度。

遗传信息在细胞内的生物大分子间转移的基本法则被称作“中心法则”,是分子生物学中描述细胞生命活动最基本、最重要的规律,在过去半个多世纪都是生命科学领域的研究重点和热点。“这是我们做结构的、做生物的,所有学者一定会想到和感兴趣的研究方向,因为这几乎是细胞内最复杂的一个体系,是一个亟需结构生物学来回答的重要科学问题”。

但是客观上,相关研究确实有较大难度,加之学界相关领域的研究成果几乎为国外几个主要的实验室所主导,所以尽管国内外学者普遍认识到该领域研究的重要性,却仍碍于较高的研究门槛和占据统治地位的学界大拿而“望而生畏”。

徐彦辉团队如何在短短5年的时间里,做出达到甚至一定程度超越国际顶尖实验室的研究成果,他是怎样做到的?

徐彦辉对此很谦虚,他表示,只是因为“技术的逐步的进步,我们可以研究的体系就可以越来越复杂——尤其是冷冻电镜”。

徐彦辉与冷冻电镜设备

二十年磨一剑,向着结构生物学的“珠穆朗玛峰”课题“基因转录”进发的路上,除了先进技术助力以外,还有科研之路的积淀。在来到复旦之后,徐彦辉扎根DNA甲基化动态调控过程的相关蛋白质结构研究领域,这是基因转录调控的关键课题。从20132015,团队在DNA甲基化和去甲基化方向取得突破性成果,并发表1篇《细胞》(Cell)和2篇《自然》(Nature)期刊文章。随着冷冻电镜技术的进步,他的团队开始研究更为核心也更为复杂的转录起始问题,经过了5年的努力,终于在近两年硕果频收,半年内《科学》(Science)连发两篇长文,首次报道了包含TFIID的完整转录前起始复合物(PIC)结构与首个结构与功能完整的转录前起始复合物-中介体(PIC-Mediator)复合物,并揭示了它们的动态组装过程与分子机制,在围绕启动子区转录起始过程的调控这个细胞体系内最为核心的生命过程的重大前沿课题方面取得了重大突破。其中PIC-MED完整转录起始超级复合物含76个亚基,分子量达到四百万道尔顿,达到了结构研究的新纪录。

开拓科研前线,为后续研究绘制精细“地图”

“我们对于这个生命世界的理解,还远远没有理解它真正的复杂程度。”在不断开拓的生命科学前沿的过程中,徐彦辉常常感叹生命设计的复杂与精妙,“现在我们知道的仅仅是非常小的一部分,前景其实极其广阔”。

生命体是由各种器官组织组成的,器官又是由细胞组成的,细胞内含各种生物大分子,分子层面的三维结构又决定着它们的功能。继续深入,还有无止境的未知领域供人类探索。就连徐彦辉也常常觉得,自己在路上:“我们过去做的研究也只是科学发展上的一小步。放在很长的历史中,这些研究也未必有多么厉害”。

提及开展课题过程中最深刻的感受,有时候徐彦辉自己看到这些研究的结果,即便对他这个研究者而言,都是一个很大的冲击:“原来生命过程是如此的复杂,设计得是这么精妙”。

其实,对这些生命现象的深入理解,就像一张黑暗中摸索得出的“地图”,为后来者照亮前行的路——在应用层面,无论是疾病的干预还是治疗,一切都基于对我们生命过程正确的解释。这正是徐彦辉课题研究的目的所在:生命科学的基础研究,使得我们对于客观世界的理解更为深刻。而基于这些更深刻的理解,未来的药物研发、生物技术的突破,所需要的只是一个时机。

深入钻研二十余年,徐彦辉站在结构生物学的前沿,提灯照亮生命奥义的星空,为后续科研攻坚绘出前路。

做科研要肯付出时间与热情,如果想做好就得在实验室呆着

“科学探索奖”的设立初衷是激励青年科技工作者潜心探索未知世界的精神,吸引更多青年人投入到基础科学和前沿技术的研究之中。

徐彦辉的办公室位于复旦大学枫林校区明道楼715室,对门712室是他的实验室。他很少出差,大部分时间呆在实验室,与学生们一同跟进实验结果,讨论结果的分析,进行后续的实验分析,全程参与,与同学们一同进步。

“要去跨越的种种难题、技术问题,多尝试,在探索的过程中就被解决掉了”。上班、工作、阅读、写论文、讨论课题,日复一日,这就是徐彦辉的科研日常。别人问他发文章的秘籍,他笑着回答:“大道至简,没有所谓的一招致命,只有千锤百炼,投入自己的时间去做。加倍努力,真的就这么简单。”

他还时常勉励青年学者,“要更好地去思考”, 国家提供了很好的资源,学者还要发挥主观能动性,我们对问题的理解深度决定了你走得有多远、探索得有多深。特别是研究的细节,徐彦辉作为课题组长,常常带领学生深入探讨,与大家互动,无论技术问题还是个体性的问题,都认真对待,花时间去讨论和思考,在课题组解决问题的过程中,培养学生关注细节、深度思考的习惯。

身体力行,徐彦辉二十多年来,始终坚守在科研的第一线:“如果想做好,就得在实验室里呆着,跟学生讨论具体的问题”。正是因为一线的科研经历,让徐彦辉接触了最前沿的研究课题,随着技术支持的进步,逐渐朝着更尖端课题发起挑战。

从研究生期间选定结构生物学这个方向开始,徐彦辉带着对生命世界、生物科研前沿的兴趣,稳扎稳打,一步一步地往前走。那种“探索未知世界”所带来无与伦比的成就感、“领略神奇美妙微观世界”的获得感,也正是徐彦辉个人始终坚守基础科研的初心。正如杨振宁在首届“科学探索奖”颁奖典礼上做的压轴演讲所言,对青年科研工作者而言,“如果掌握了你自己的能力跟兴趣,再根据了解去选择你所要走的路径”,是最容易成功的。

“做科研是特别简单的一件事,”他常跟学生们这样说,“只要你肯于付出和投入时间和热情去做。”

(部分图片由受访者提供)

实习编辑:张洁玲责任编辑:李沁园

原文链接:

https://news.fudan.edu.cn/2021/0913/c968a110014/page.htm



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