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隋森芳院士:冷静平和的微观世界观察者

科普中国-科技名家·里程碑 2018-05-17

  来到一个陌生的环境,如遇迷路,我们常常会掏出手机,打开电子地图,轻松找到方向。想象一下,如果我们缩到足够小,来一场说走就走的细胞之旅,是不是也需要一张细胞地图呢?我们的生活中就有这样一位钟情于微观世界的长者,他冷静而平和,长期从事蛋白质及生物膜的结构与功能研究,他勤奋而坚持,沉浸微观世界数十载。他就是微观世界的观察者——隋森芳。

  

  冷静平和的观察者

  隋森芳,1945年出生于黑龙江省哈尔滨市,1970年毕业于清华大学,1988年在德国慕尼黑工业技术大学获博士学位,2009年当选中国科学院院士。隋森芳习惯冷静地思考,钟情于安静地观察和思考微观的世界。

  1989年,在祖国需要他的时候,隋森芳响应号召,满怀热忱回到祖国工作。从德国归来之后隋森芳一直在清华大学生物科学与技术系(2009年更名为生命科学学院)任教,主要致力于应用电子显微镜和三维重构技术,结合生物物理学、生物化学和分子生物学等技术手段研究蛋白质复合物的结构与功能。

  作为一个生物物理学家,隋森芳曾经说过这么一句话:“生命互动中,任何单个分子都不会独立行动,而会与其他分子协同作战开展某项互动,是群体性的行为,因此,我喜欢观察它们是如何分工协作的。”想要在一个研究领域有所建树,毅力和能力固然不能缺少,但也非常需要兴趣。带着这份对工作的喜爱,隋森芳从事生物分子结构和功能方向的研究近20年,相关论文曾发表在2009年的美国著名基础科学杂志《国家科学院院刊》上。

  寡聚蛋白酶HtrA(high temperature requirement)在细菌、植物、动物中广泛存在,维持着细胞的存活,对于生命的意义非同一般。因此,隋森芳带领学生采用电镜和三维重构技术,选择了大肠杆菌中的HtrA:DegP开展了深入研究。隋森芳经过长时间研究,发现DegP十分嬗变。当它与底物结合时,会从没有活性的6-聚体转变成具有蛋白酶和分子伴侣活性的笼形寡聚体。

  美国《国家科学院院刊》的评审人表示:“这些发现清楚地显示,DegP与膜结合形成寡聚物。这是HtrA寡聚化以及HtrA蛋白酶激活的新途径。我们早就知道,HtrA与细胞内膜具有相互作用,他们的研究结果对于理解其功能机制十分重要。”

  随后,隋森芳课题组在这两个发现的基础上,提出了一个全新的调节DegP/HtrA双重功能的转换模型,即通过寡聚结构的转变调节其蛋白酶与分子伴侣之间功能的转变。

  除此之外,这位微观世界的观察者还独立建立了蛋白质二维结晶技术平台和电镜单颗粒三维重构技术平台,并展开了一系列蛋白质结构与功能的研究,先后发表百余篇论文,这些论文全部被SCI收录,而他本人也于2009年当选中国科学院院士。

  面对这些成就和荣誉,隋森芳心中很平静,他早已经习惯了安静地做研究,甚至记者来采访的时候,他的实验室居然找不出足够的椅子给客人用。隋森芳曾淡定地说过:“不论个人的成长还是国家的科技发展,都需要积累。我用电镜研究生物复杂结构之所以能够取得一些成绩,在于长期的积累。上世纪80年代回国之后着手这项工作时,这个领域并不是生物学中热门的学科,但我相信这个学科有发展前景,所以坚持了下来。”

  细胞地图

  曾有科学家预言21世纪是生物科学的世纪,决定着人类的未来。试想,如果人类可以治愈一切疾病,可以拥有更长的寿命,世界将会达到一种怎样的和谐呢?但科学家们至今都没有完全弄清楚人体细胞是如何运作的。为什么呢?因为想要揭开细胞运作的谜底,需要更为精密的仪器和计划来了解细胞内各物质结构和相关功能。

  隋森芳认为,组成生命系统的生物大分子完全遵守已知的物理、化学规律,但生物体则具有这之外看不到的特征,这就是“功能”。我们要解决的是,组成生物系统的生物大分子的物化性质是如何将它们集合在一起,从而具有了生理功能而支持生命活动。要解决这个问题,就必须在分子级别把细胞的结构和功能与生命活动衔接起来,画一幅“细胞地图”。

  把X射线晶体学、核磁共振技术(NMR)以及电镜三维重构所获得的蛋白质分子的高分辨率结构,锚定到较低分辨率的电子断层成像图像中,就可能在细胞水平上获得高精确的蛋白质空间定位和原子分辨率的蛋白质相互作用的结构信息。隋森芳认为这将成为把分子水平的结构研究与细胞水平的生命活动衔接起来的可行途径。

  隋森芳在业内做出了不俗的成绩,这归功于他的天赋和勤奋,也归功于他的冷静和平和。有着这样一位冷静的观察者无私的贡献,相信人类终究会绘制出完整的“细胞地图”,造福世界。

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责任编辑:科普云

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