生物学领域一颗闪耀的科研新星 吴建平:生命科学的探索者 2022年11月17日

  记者 徐聪琳 通讯员 范少杰 刘惠震

  另辟蹊径,探究生物学魅力

  “这是一个充分彰显结构生物学魅力的突破性进展。人类第一次看到了CatSper这样一个在哺乳动物受精过程中起到关键作用的钙离子通道复合物的全貌,更重要的是发现了新的蛋白组分,提出了CatSpermasome的概念,这必将极大促进对其功能的研究。”结构生物学家、西湖大学校长施一公曾如此评价吴建平的研究成果。

  什么是CatSper?它对我们的生命活动有什么意义?这需要从生命的起源——受精说起。每一个人生命的开始就是精子细胞和卵细胞结合的过程,CatSper是精子尾部最重要的蛋白质,负责运输钙离子,对精子的运动和受精功能的调控至关重要。尽管当前辅助生殖技术得到了广泛应用,但人们对于受精过程的机理研究还不够深入,该领域仍然有许多生物学问题亟待解决,研究精子活化的开关CatSper的结构与功能就是其中之一。

  “我的研究内容,其实就是尝试‘看清’CatSper的真面目,帮助人们理解其功能。”作为目前已知最复杂的离子通道,CatSper组成成分十分复杂,结构解析难度巨大。诸多世界顶尖研究机构均未成功解决该难题,吴建平团队利用创新的蛋白纯化方法,另辟蹊径地从精子细胞本身入手,成功获得内源的CatSper蛋白,并利用冷冻电镜技术在世界上首次解析了其高分辨结构。

  2021年7月5日,吴建平团队在《自然》杂志在线发表题为《一个哺乳动物精子阳离子通道复合物的结构》的最新研究结果,报道了受精过程中关键离子通道复合体CatSper的高分辨率三维结构。

  这是在全世界首次揭示这一超级复合物的样貌,并且鉴定出多个以前从未发现的成分,统称为“CatSper通道体”(CatSpermasome)。

  “这就好比我摸到了一个门把手,推开了一扇门。门后还有一个更大的世界。”在做观察研究时,吴建平要将直径大约为10纳米的蛋白质分子,放大到10厘米,“相当于扩大一百万倍去观察一个微观世界。”在这瑰丽世界里,吴建平团队解析的结构不仅展示了该通道精巧的组装方式,揭示了其工作机理,而且揭示了该通道复合物多个全新的蛋白组分,刷新了人们对该蛋白的认识。该研究成果在生殖医学和结构生物学领域引起了广泛的关注和报道,也为后续深入的功能研究开辟了全新的方向。

  跨过“盲人摸象”,眼见为实

  “爱因斯坦说,如果把我们现有的知识比作一个圆圈,圆圈外面就是我们不知道的东西,所知越多所不知的东西就越多。”吴建平的学术道路始于2011年,那时大四的他在清华大学生命学院张淑萍老师那做毕业设计。2012年,他以直博生的身份进入清华大学医学院颜宁教授实验室,正式开始了他的学术之路。

  “世间不如意十之八九”,在吴建平看来,这句话同样适用于科研领域,“可能大家觉得进到名师的实验室后,发一篇CNS感觉是挺容易的事情,其实也不完全这样。有的同学很长时间都没有文章,也有同学甚至刚来第一年就能发CNS。”然而,吴建平坚持认为每次“不如意”都应该有价值,“就像一个实验失败了,即便堵上了一条路,这也是一种收获。”

  吴建平本人就经历了一个“厚积薄发”的过程。他的学术之路前两年相对不太顺利,到了第三年才开始有所起色,“虽然在这几年里没有发表文章,但在这个积累过程中也收获了很多,为后期研究做了很大的铺垫。”

  在读博5年期间,吴建平以第一作者身份完成了CNS大满贯,成为第二十二届清华大学研究生“学术新秀”获奖者。2017年清华大学毕业,获得理学博士学位之后,吴建平跟随导师颜宁教授前往普林斯顿大学从事博士后研究。博士和博后期间,他以第一作者或者共同第一作者身份在CNS期刊上共发表论文8篇,并多次受邀在GRC、FASEB等国际会议上做报告,成果获得学术界同行的高度评价,其工作曾被评为“2016年中国高校十大科技进展”。2017年更是获得了被誉为华人生物学在读博士最高奖项的吴瑞奖学金。

  2019年9月,吴建平学成归国后,以独立PI(独立实验室负责人)的身份全职加盟西湖大学生命科学学院。当时他年仅29岁,是同一批入职西湖大学PI中最年轻的一位。

  “这是一个非常年轻的团队,平均年龄不到30岁。”吴建平在西湖大学成立实验室后,研究方向主要为结合结构生物学和生物化学等手段研究与重大疾病相关的蛋白质与蛋白复合物的工作机理。

  “我们的工作是跨过‘盲人摸象’,旨在眼见为实。”吴建平认为,结构生物学不只是去解决结构问题,而是要揭示结构背后的重要生物学意义,展现生命现象的精密过程,同时和不同学科进行交叉合作,为后续的药物开发奠定理论基础。

  尊重生命,追寻科学之光

  “他的性格沉稳安静,做事严谨细心,还很有韧性,这些都是科研工作需要的特质。”漫步于衢州二中校园,曾教导过吴建平的老师回忆,在高中时期,生物并非吴建平表现最突出的一门学科,“他选择生物学方向,是很多人都没有想到的。”

  彼时,“21世纪是生物学的世纪”这句话对吴建平的影响颇深。说出这句话的人并不是学生物的,是学物理的,其所说指的是在自然科学里,生物科学是发展最好的,而这个在过去的40年里已经得到了证实。

  “人生路上其实有一定的偶然性,决定未来的除了选择,更重要的是选择以后怎么做。”在选择结构生物学后,吴建平便全身心投入在需要钻研的领域。对生物学的好奇如同一颗种子,在他心中生根发芽,既承载了他对科学的热爱,又推动着他不断探索、追求开花结果的刹那芳华。

  如果说好奇心是吴建平探索生命科学的引擎,那么敬畏谦卑则是他前行路上的姿态。古人云:“莫见乎微,莫显乎微,故君子慎其独也。”以谦卑的姿态做学,方能有建树;以谦卑的姿态处世,才能见光彩。对吴建平而言,谦卑之心就是对于科学的敬畏,而追寻真理的心中流淌着生命的江河。

  在校园里转了一圈又一圈,盘桓在林间的鸟、悠闲散步的猫、在大树下看书的学生……都是吴建平记忆里熟悉的画面,衢州二中这个坐落在森林中的校园自然成就了学生天性的发展,能让他们敬畏生命、懂得尊重、学会爱。他说:“希望学弟学妹们有追求卓越的理念和信心,求真务实,相信努力一定有回报的。”