微观世界的追光者

本文转自：中国科学报

微观世界的追光者

——记中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员徐健

徐健（左一）在实验室指导学生。中国科学院青岛生物能源与过程研究所供图

■本报记者 廖洋 通讯员 刘阳

仰望夜空，星河浩瀚，而在生命科学领域同样存在一片“星海”。那是数不尽的细胞构筑的世界。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员、单细胞中心主任徐健就是这片“星海”的探索者。他潜心国产原创仪器研制，矢志探索微观世界的“功能之光”，为国产仪器的振兴、为微观世界的探索贡献力量。

原创仪器，追逐产业振兴之光

2008年，新设立的中国科学院青岛生物能源与过程研究所正在寻找初始科研力量。得到消息的徐健很快全职回国，踏上科学报国、服务社会的科研之路。

“在实验工作中，我发现大部分高端科学仪器都是国外品牌，我国是制造业大国，为什么不自己造高精尖的科学仪器呢？”徐健对《中国科学报》说。

自此，“自己造仪器”这个想法在徐健心里生了根。他和同事针对我国在生命科学高端仪器方面面临的问题，走出了从“买国外仪器”到“用自己研制的仪器”，再到“推广自己研制的仪器”这样一条无比艰辛却又无限光荣的路。

十年磨一剑，徐健带领团队提出了拉曼组等单细胞代谢表型组学概念，并研制了FlowRACS、RACS-Seq、EasySort等一系列原创的微生物组/单细胞分析科学仪器。这些仪器服务于细胞工厂筛选、生物资源挖掘、环境生态监控、慢病诊断、抗感染精准用药、肿瘤药物筛选等。在研究所的支持与鼓励下，这些原创的生命科学高端仪器正在通过青岛星赛生物科技有限公司进行产业化推广。

“我们畅想着这些‘机械宝宝’能够走进国内外的实验室和厂房，建立地球上每个细胞的‘功能身份证’系统，无损、实时、深入地探测与挖掘自然界和人体中蕴含的生物资源。”徐健说。

感染诊疗，探索生命健康之光

一次与临床医生的对话，使徐健意识到微生物耐药正在严重威胁人民的生命健康，如何及时、准确地发现耐药微生物感染这头“灰犀牛”具有非同寻常的临床价值与意义。突破现有临床困境，打破国外高端仪器垄断，是徐健为团队定下的目标。

“我们从2015年开始，集结了一个汇集生物学、微流控、仪器硬件、软件方面等多领域、多交叉的科研突击小分队，主攻微生物药敏快检的原理开发与仪器研制。”徐健回忆道，“通过两年的探索与努力，2017年我们终于发表了全新的药敏快检方法，这是我们心血的结晶，也是第一个阶段性的小胜利。”

方法学的建立为突击队打了一剂“强心针”，短暂的欢欣之后，他们更加坚定地投入到第二、第三阶段的研发工作中。查阅资料、对比品牌、筛选部件、核对参数，连续不断地试用，形成了数千张图片、数万组光谱数据……他们一张张草图地改、一个个部件地试，一次次重复实验，在失败与重来的不断往复中，最终获得了成功。

徐健带领单细胞中心在2018年底研制出针对临床病原快检的单细胞拉曼药敏快检仪CAST-R原理样机。随着不断升级优化，在CAST-R及其他单细胞分析/分选仪器的支撑下，团队推出基于拉曼组策略的单细胞精度的病原菌鉴定、活性判断、活力测量、药敏表型测定和全基因组溯源技术体系SCIVVS，其中药敏检测时长仅为传统方法的1/10。通过与多个临床团队合作，单细胞中心建立了“微生物药敏单细胞技术临床示范网络”。

国之所需，铸造探微设施之光

微生物无处不在，挖掘复杂微生物组的功能并加以利用，需要高通量、大规模、一体式的微生物组探测科学设施。

“我的导师是美国国家科学院、医学院院士Jeffrey Gordon，他在肠道菌群基础研究领域做出了奠基性、开拓性工作。”徐健说，“多年的科研工作，让我逐渐产生建设微生物组/单细胞探测设施的想法。”

在中国科学院青岛生物能源与过程研究所10余年的工作经历，赋予了徐健建设微生物组/单细胞探测设施的底气与自信。

在一系列原创仪器的支撑下，徐健带领团队提出了“原位功能”靶向性的单细胞多组学新思路，打通了“菌群单细胞代谢表型组+基因组+培养组”总体技术路线，证明了单个微生物/细胞功能探测与挖掘的可行性。同时，单细胞中心在全球范围内积极寻找在相关领域具有优秀技术和资源的合作伙伴，成立国际联合实验室、启动国际大科学计划、建立技术与装备水平领先的微生物组单细胞分析技术服务网络，目前中心的技术与装备已经服务于18个国家重点实验室和多家世界500强企业。

“我们计划建设世界首个微生物组/单细胞探测设施（探微工程MEx）。”徐健说，“我们希望通过该工程，从新仪器、新数据、新智能的角度，推动我国国家微生物组计划和国际微生物组计划的开展，加速微生物组相关精准医疗、资源挖掘、低碳环保等应用的产业化。”