孟安明透過斑馬魚探索生命奧秘

文/明月

孟安明透過斑馬魚探索生命奧秘

文/明月

在這個放滿上千個海藍色魚缸的房間里，飼養(yǎng)著幾萬條斑馬魚。這種魚最長也不過人的一個小拇指長，身上有著淺淺的斑斕花紋。

正是以這種小小魚類的胚胎發(fā)育過程為研究對象，孟安明帶領(lǐng)科研團隊揭示了多個新基因在脊椎動物胚胎的胚層和組織器官形成中的功能和作用機理。

1998年，孟安明從美國回到祖國，在清華大學組建了國內(nèi)第一家以斑馬魚為模式動物的發(fā)育生物學實驗室。10多年時光轉(zhuǎn)瞬即逝，孟安明以出色的成果證明了中國學者在發(fā)育生物學方面的杰出研究能力。

極度的耐心和毅力

動物，當然也包括人類，都是由單細胞發(fā)育為多種組織、多個器官構(gòu)成的個體。這個發(fā)育過程受到基因表達、信號傳導(dǎo)以及環(huán)境等多方面的影響，如果任何一個環(huán)節(jié)失常，都會導(dǎo)致胚胎發(fā)育異常，造成畸形和缺陷。

破解遺傳基因在生命誕生和成長過程中的作用機理一直是人類的夢想。發(fā)育生物學就是這樣一門探索生物體從精子和卵子的發(fā)生、受精、發(fā)育、生長直至衰老死亡的過程及其機理的學科，其需要遺傳學、細胞生物學、分子生物學、生物化學等學科知識和技術(shù)的綜合運用，富有挑戰(zhàn)性，但同時也是近年來世界上生命科學最活躍和最激動人心的研究領(lǐng)域之一。

孟安明大學時學的是農(nóng)學，在英國的博士階段專攻的是分子遺傳，到美國做訪問學者時又對發(fā)育生物學產(chǎn)生了巨大興趣。他的這種多學科背景，無疑是發(fā)育生物學研究的優(yōu)勢。

斑馬魚是一種3-5厘米長的脊椎動物，許多基因及發(fā)育機制與人相似，早期胚胎透明，在體外發(fā)育生長，觀測方便。如果通過實驗，就可以知道哪些基因在控制、影響斑馬魚的生長發(fā)育。孟安明主要關(guān)注的是TGFβ、Wnt、FGF等信號通路中的介導(dǎo)因子和調(diào)節(jié)因子，了解它們對相關(guān)信號通路的作用機理，通過誘變、轉(zhuǎn)基因等手段了解它們在胚胎發(fā)育的中胚層誘導(dǎo)、神經(jīng)誘導(dǎo)、背腹分化等方面的功能，為了解相關(guān)的人類出生缺陷的分子機理提供借鑒數(shù)據(jù)。

與生物學的其他分支不同，由于斑馬魚的性成熟周期是三個月，每天像人一樣晝夜作息節(jié)律，這使得相應(yīng)的研究工作必須配合動物的生活規(guī)律；而且胚胎的發(fā)育是一個連續(xù)的過程，需要隨時觀察。

“搞我們這種研究急不得，需要耐心和毅力，偶爾還需要半夜兩點后觀察胚胎的發(fā)育情況。”孟安明說。

孟安明領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊常常會做大量的實驗，無論從實驗難度還是從實驗的量上，要求都很高。比如，要驗證一種設(shè)想，需要設(shè)計多個實驗方案，而每個實驗方案都需要多次重復(fù)。“搞科學研究，要對一個問題孜孜不倦地探索答案，而不是遇難而下。”他說。

正是以這種鍥而不舍、勇于探索的精神，孟安明帶領(lǐng)實驗室的學生以斑馬魚為模式動物，建立了活體胚胎中基因表達調(diào)控的研究體系，克隆并闡明了多個新基因在脊椎動物胚胎的組織器官形成中的功能和作用機理，特別是在TGFβ信號對胚胎發(fā)育的調(diào)控作用方面取得了一系列研究成果。

2004年10月，孟安明與陳曄光教授帶領(lǐng)科研團隊在著名的《科學》雜志上發(fā)表了論文，闡述了在世界上首次發(fā)現(xiàn)的一種動物胚胎發(fā)育調(diào)控的新機理，為揭示人的出生缺陷之謎提供了新思路。他與同事合作的研究成果“調(diào)控動物胚胎中胚層形成的一種新機理”被評選為2004年度“中國高校十大科技進展”。2007年，他獲得了“何梁何利科學與技術(shù)進步獎”。在畜禽分子遺傳育種領(lǐng)域，他最早將DNA指紋技術(shù)引入我國，以其預(yù)測雜種優(yōu)勢和尋找蛋重的分子標記都取得了杰出成果，作為骨干完成人的成果獲得過國家科技進步二等獎和北京市科技進步一等獎。

此外，孟安明作為通訊作者還在國際知名刊物《發(fā)育細胞》（Developmental Cell）、《歐洲分子生物學會雜志》（EMBO Journal）、《發(fā)育》（Development）、《發(fā)育生物學》（DevelopmentalBiology）等發(fā)表論文30多篇，作為第一作者還在《美國科學院院刊》（PNAS）、《血液》（Blood）等高水平學術(shù)期刊發(fā)表多篇論文，這些論文得到了國際同行的諸多引用。

在祖國的土地上，你同樣可以獲得重大的科研成果。

孟安明很忙，五一也沒休息，時間對他來說似乎永遠不夠用。和他講話時不我待只爭朝夕的感覺特別強烈。

正是這些精神讓他獲得突出成就。

2000年獲得香港求是科技基金“杰出青年學者”獎，并入選教育部“跨世紀人才資助計劃”，2001年受聘為教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，并獲得教育部第二屆高等學校優(yōu)秀青年教師教學科研獎等等。2007年當選為中國科學院院士，2008年被評為發(fā)展中國家科學院院士。

“要想使基礎(chǔ)領(lǐng)域自主創(chuàng)新的步伐走得更快些，當前要解決的一個很重要的問題應(yīng)該是科研經(jīng)費問題。”就如何加快自主創(chuàng)新步法，孟安明談到了自己的看法：“國家領(lǐng)導(dǎo)人在不同的場合多次提到了要加強基礎(chǔ)研究，但是我認為，我國對基礎(chǔ)研究的支持力度還不夠大，許多科研人員因沒有足夠的研究經(jīng)費而不能開展高水平的研究。坦率地說，我國僅有很少數(shù)的實驗室有足夠的科研經(jīng)費。如果有更多的實驗室、更多的科研人員有條件從事各學科的前沿研究，我想，我們國家取得的重大創(chuàng)新成果會多得多。另一方面，目前的絕大多數(shù)基金項目的資助強度很低，一個實驗室不得不從多個渠道申請項目，科研人員每年在項目申請、匯報等方面要花費很多時間和精力，研究方向也難以集中。”孟安明還建議，國家可考慮設(shè)立一項專門的基礎(chǔ)研究計劃，遴選最優(yōu)秀的實驗室，給予5年一期、并可以延續(xù)、滾動的資助，資助強度可以滿足實驗室的正常運轉(zhuǎn)所需，同時限制進入該計劃的實驗室申請國家的其他任何科研項目。

對于科研評價體系，孟安明也有自己的想法。他認為，由于基礎(chǔ)研究周期長，很難在短期內(nèi)出成果，像他的這項“調(diào)控動物胚胎中胚層形成的一種新機理”研究就歷時4年多之久，所以，“國家在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的評價體系應(yīng)該有所創(chuàng)新，切不可急功近利，否則就會影響自主創(chuàng)新。”

孟安明還對學科的交叉合作“情有獨鐘”，他認為，他負責的發(fā)育生物學實驗室和陳曄光教授負責的分子細胞生物學實驗室的合作在《斑馬魚Dpr2通過促進Nodal受體的降解抑制中胚層誘導(dǎo)作用》上的合作就是一個成功的范例。其實，從自身來說，孟安明1987年～1990年在英國諾丁漢大學學習，獲得的是遺傳學博士學位。1992年到1996年在北京農(nóng)業(yè)大學搞的也是遺傳學研究。只是1996～1998年在美國佐治亞醫(yī)學院做訪問學者時，他轉(zhuǎn)行到了發(fā)育生物學領(lǐng)域。此次轉(zhuǎn)行獲得極大成功，他在那里發(fā)表了一些極具創(chuàng)新性的科研成果，而后回到清華大學。從這里看來，孟安明本身就是一個學科交叉的“個體”。“遺傳學方面的知識對我后來的發(fā)育生物學研究也起到了非常大的作用。”

談及“海歸”學者在國家的自主創(chuàng)新中所發(fā)揮的作用時，孟安明認為，雖然不排除有的留學人員回來后，往往有意識、無意識地模仿國外已有的先進技術(shù)，失去了自主創(chuàng)新的勇氣和積極性。但是對于大部分“海歸”來說，留學經(jīng)歷對于自己的創(chuàng)新還是大有裨益的，只要他能夠靈活運用自己的已有知識結(jié)構(gòu)和不斷學習。“孟老師把在佐治亞醫(yī)學院的研究體系移植了過來。不過在那里主要搞的轉(zhuǎn)基因研究，而現(xiàn)在主要精力卻是放在了機理研究上。”黃慧哲說。

“我在該項研究的搭檔陳曄光也是‘海歸’。”孟安明加重了語氣。據(jù)孟安明介紹，陳曄光1988年~1990年，就讀于美國Fordham大學，獲細胞生物學碩士學位。1991年~1996年，就讀于美國愛因斯坦醫(yī)學院，獲博士學位，后來相繼在Howard休斯醫(yī)學研究做博士后研究和在美國加州大學Riverside分校任助理教授，2000年來到清華大學生物科學與技術(shù)系，現(xiàn)同樣是教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，兼任生物膜與膜生物工程國家重點實驗室副主任等。現(xiàn)同樣是教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授，兼任生物膜與膜生物工程國家重點實驗室副主任等。

“我們獲得這項成果的一個社會意義，就是告訴廣大留學人員，在祖國的土地上，你同樣可以獲得重大的科研成果。”孟安明說。

長遠的眼光和寬廣的胸懷

對于已經(jīng)取得的成果，孟安明只是說：“生命科學未知的領(lǐng)域有很多，我只是做了我想做的一點點，而且我一個人也是難以取得任何成績的，已取得的成績都是靠我的同事、我的學生共同努力去完成的。”

當孟安明在清華建立了第一個以斑馬魚為模式動物的發(fā)育生物學實驗室之后，現(xiàn)在全國類似的實驗室已經(jīng)發(fā)展到20多個。對于這方面的研究在中國已經(jīng)從“星星之火”有了“可以燎原”的趨勢，一些在國外學有所成的中國學者，看到發(fā)育生物學在中國的快速發(fā)展勢頭，回國謀求發(fā)展的人逐漸多了起來。這不能不說是孟安明在科研取得出色成績之外一個不可忽視的“社會效應(yīng)”。

而對于不同科研機構(gòu)之間的合作、溝通與交流，孟安明顯現(xiàn)了一個純粹的科研工作者的胸襟。他認為，生命科學的探索工程浩大，單憑一己之力是難以攻克一些難題的，所以合作是一種必然。而合作的方式可以多種多樣，比如可以派學生去某個實驗室參與研究，也可以讓別的實驗室的研究人員到自己實驗室來。“如果有學者在看到我的論文之后，索要實驗當中的一些數(shù)據(jù)和材料，不管有多忙我都會找時間給他發(fā)過去。”孟安明說，“因為我們實驗室的工作能夠開展到今天并且有了一定成就，其他實驗室給予的合作與幫助是功不可沒的；我們的工作有相當一部分也是在別人已經(jīng)積累起的成果基礎(chǔ)之上進行的。”他認為，科學家要有大度的胸懷和開闊的眼光，盡個人所能推動科學的車輪前行。

在承擔生物系教學、科研方面繁重的任務(wù)之外，孟安明還任清華大學生物系副主任、系學術(shù)委員會主任、清華大學學術(shù)委員會委員、中國動物學會副理事長，《遺傳學報》、《遺傳》雜志副主編，《動物學報》、《動物學雜志》編委會委員等。自然，這些兼職會占用孟安明不少時間，對此他卻說：“為了保證有足夠的科研時間，有的事情能夠推掉我就推掉，但是有些時候是需要為廣大的科研工作者服務(wù)的，這個時候我就得盡自己的義務(wù)——科學家應(yīng)該為國家的科學發(fā)展做一些公益性服務(wù)。”