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​南科大副教授魏志毅团队成果登上《自然》期刊，揭开大肠杆菌免疫系统结构之谜
探寻生命奥秘一场华丽冒险

来源：深圳商报    版次：A05   2018年07月25日
深圳商报记者 吴吉

魏志毅在办公室介绍他的科研工作

走进南方科技大学生物系副教授魏志毅的办公室，墙上一张巨幅的图画映入眼帘。这张类似当代艺术的“图画”色彩艳丽，线条复杂，浓浓的“波普风”扑面而来，与魏志毅紧凑朴素的办公室形成鲜明对比。

见记者仰面观赏这幅“画”，魏志毅笑了：“这就是我们在《自然》期刊上登载的论文所研究的复合物分子结构，它的名字叫Cascade。”原来，科学可以如此之美！魏志毅说，这也是他沉迷基础研究的原因。比起与紧扣产业脉搏的应用型研究，他更喜欢沉下心来探寻生命奥秘，发现科学之美。

大肠杆菌Cascade复合物 的分子结构（三维构象图）

被竞争对手“逼”出来的“极速研究”

在《自然》期刊上发表文章，经常要耗费科学家几年甚至十数年的心血。但是，魏志毅2014年在《自然》期刊上发表的《大肠杆菌中RNA指导的免疫监视复合物Cascade的晶体结构》，前后却只花费了他约一个月的时间。究竟这“极速”是如何炼成的？“是被竞争对手‘逼’出来的！”魏志毅笑着说。

2013年，魏志毅从香港科技大学加盟南科大。和老朋友的一次碰面，在魏志毅的心中点燃了火花。“2013年年底的时候，我见到了研究生时的师姐、中科院生物物理所研究员王艳丽。她告诉我，她正在研究大肠杆菌中RNA指导的免疫监视复合物Cascade，不过在研究中遇到了一些瓶颈。”魏志毅深深知道这一研究在科学界的价值，他很想运用自己所学的结构生物学助师姐一臂之力。但是当时，南科大还在起步阶段，从实验室到助手都不完备，在这样的情况下做研究，难度可想而知。

2014年春节，魏志毅突然接到王艳丽从北京打来的电话。“电话那头，她有点焦急。她说自己的研究有了突破性进展，但是必须解析Cascade的分子结构，否则研究就会陷入僵局。”魏志毅这次二话没说，毅然加入了项目组。

为了向记者解释自己在项目组中的角色，他打了个比方，“结构生物学就是给研究者戴上‘高分辨率眼镜’，让研究者可以清楚地看到生命物质结构中更多的细节，而这些细节正是解决生命科学研究中众多难题的金钥匙。”

随即，魏志毅一头扎入了研究——没有实验室，就借学校的教学实验室；没有人手帮忙，就在兼顾教学任务的同时把所有空余时间都投入到了实验中。

然而4月，从德国传回来的一则消息还是打乱了他的节奏。“王艳丽师姐去德国开会，结果在会上得知，国外有个项目组已经将这个复合物的结构解析出来了。对方在会上进行了汇报，证明他们已经有了初步的研究成果和论文初稿。这意味着，我们如果不能在短时间内迅速解析出结构，就会被对手抢尽先机，甚至前功尽弃。”魏志毅说，这则消息让他和团队的伙伴都心急如焚。

 “接下来，我们进入到一种冲刺的状态。我和北京的团队各司其职，几乎是一天三班倒，不休息。经常是我的研究做到凌晨两三点，把成果发给北京，他们接班进行研究。我一觉睡醒，接着他们的成果继续研究……一周，只用了大约一周的时间，我们就成功解析了大肠杆菌Cascade复合物的分子结构！”

上洗手间都捧着笔记本电脑做数据分析

一周就突破了研究的瓶颈，这看似易如反掌，但其实那是魏志毅不堪回首的一周。“那一周的强度太大了，我从来没有经历过这种压力，可以说是废寝忘食。整个人处于混沌状态，外界的事情已经全然不顾了。”魏志毅说虽然投入研究时是考虑不到竞争对手的，但事实上，跟时间赛跑的压力一直像悬在头顶的“达摩克斯之剑”。

“研究出成果后我第一时间飞到了北京，跟团队的其他伙伴讨论如何撰写论文。但毕竟我在深圳还有工作，无法待太久，所以我们只能通过电话、短信、电子邮件沟通，可以说是争分夺秒地赶论文。又是仅用了一周，我们的论文就出炉了。”魏志毅说，因为跟《自然》期刊编辑坦言竞争对手也在赶相关论文，所以编辑审议、修改、定稿的过程也是非常规地“加速度”。而几乎就在他们的论文在《自然》上刊登的同时，对手的论文在《科学》上发表，这场被逼出来的“加速跑”以皆大欢喜的方式结束。

此后，《科学》还结合双方论文的精华，进行了评论，赞许他们的研究是“全新的发现，是后续研究重要的基石，在专业领域取得了开拓性的进展”。

“能在这么短的时间内解决世界性的难题，这简直是不可思议的。回首那段日子，我就像在做梦。”魏志毅说，他的妻子也在南科大生物系工作，所以对他的研究不仅理解，而且全力支持。“当时因为学校实验室还不完备，很多时候，我要把工作带回家去做。我爱人给我拍过一张照片，是我在洗手间还捧着笔记本电脑做数据分析。当时她拍照的时候，我是完全没有意识到的。后来再看那张照片，真是我当时状态的一种真实写照。”

魏志毅和他的学生在工作中

本可搭产业快车却坚守基础研究

魏志毅的研究成果在学术界引起了巨大反响。在大肠杆菌中，免疫系统依赖于一个被称为Cascade的复合物的形成。此前，由于缺乏高分辨率结构信息，Cascade的组装及其识别外源DNA的分子机制还不清楚。魏志毅及其团队利用X射线晶体学技术，成功解析了Cascade的高分辨率晶体结构，首次揭示了这一复合物的精细三维构象。该研究成果不仅阐释了Cascade复合物通过大量的蛋白-蛋白和蛋白-核酸相互作用来形成具有高效免疫功能的分子机器，也对整个RNA研究领域具有重要指导意义。同时，该研究成果对于CRISPR基因改造技术的进一步应用也提供了重要的参考价值。

但是，这个成果对百姓的生活究竟会产生什么影响呢？魏志毅沉吟片刻说：“我们搞基础研究的，成果很难迅速转化为应用，这是事实。我们的研究，更多的是专注于研究生命本身的奥秘。”在与魏志毅的对话中，他多次提到一个词——生命奥秘。在他看来，这个探寻生命奥秘、揭开生命谜底的过程，像一场华丽的冒险，充满了变幻莫测的乐趣。“我对我带的博士生、硕士生们说，要搞基础研究，就要耐得住寂寞。要有对生命的强烈好奇心。只有保持这份好奇心，才能周而复始地在实验室里埋头研究；也只有保持好奇心，才有不断探究未知领域的驱动力。”魏志毅说，“我们的实验都是针对微观分子的，看起来不是那么‘高大上’。但是，越是对生命体中一些基础机制的深入研究，我们就越能体会到大自然的伟大。”

深圳目前正在大力发展生物医药产业，魏志毅研究的领域本可以搭上这列“快车”，但他并不想这么做。“从本科开始，我就一直致力于基础研究。紧密与产业对接的科学研究固然重要，但基础研究也必不可少。像我正在研究的脑神经发育的分子结构，当然可以炒作‘脑疾病’的概念，但对我而言，只是想发现神经生长的奥秘。”抬头，魏志毅办公室墙壁上的复合物分子图像一幅图画，那是甘于寂寞的科学之美，不喧嚣、不炒作，只为懂的人悄悄绽放。

“我希望，深圳能像重视与产业紧密相关的科研一样，重视基础研究。就像科学研究的两条腿，只有均衡发展，才能提升深圳整体的科研水平。”魏志毅说。

科研星火在南科大已成燎原之势

值得一提的是，魏志毅2014年在《自然》期刊上发表的论文，是南方科技大学在《自然》杂志上发表的第一篇论文。它更像是一个火苗，在南科大乃至深圳，引起了可以燎原的科研之火。

截至2017年底，南科大先后承担国家、广东省、深圳市三级科技计划项目717项，获得竞争性经费资助共计11.97亿元。累计发表学术论文3006篇、学术论著33部，在《科学》《自然》等国际高水平权威刊物上发表论文10余篇，授权专利40余项。2018年，南科大自然指数加权论文值在中国大学自然指数排行榜中排名第27位，2016年7月出版的《自然》杂志“自然指数2016新星榜”增刊显示，在全球100家高质量科研论文增长最显著的国家和机构中，南科大排名全球第62位，增速位居全球第3位。根据ESI（基本科学指标数据库）2018年7月12日更新的最新一期排名数据，南科大化学、材料科学两个学科进入ESI全球前1%，这是该校首次进入ESI排行榜。

为什么南科大能够如此频繁地结出科研硕果？魏志毅的感受或许能说明一定问题：“当初我选择还在起步阶段的南科大，就是看中了南科大自由、活跃的氛围，身边都是充满抱负的年轻人，会有一种互相影响的积极氛围。南科大十分鼓励教师搞科研，这已经成为了一种潜移默化的文化。如果同事都在兢兢业业钻研，不断获得科研成果，我们又怎么好意思混日子？所以，南科大在一定程度上对提升深圳整体的科研水平起到了推动作用。”

魏志毅毫不讳言起步阶段的艰辛，在没有实验室的情况下搞科研，滋味一言难尽，但是他指着现在完备的实验室，充满信心地对记者说：“我相信，也深切地感到，深圳的科研环境、科研氛围越来越好。”在他看来，就像科研没有捷径可走，深圳的科研于荒野中辟出一条路，才能领略“无限风光在险峰”。