对话线粒体原位蛋白成像《Nature》作者：谈课题突破、科研环境和科学精神

【编者按】最近，一项和耶鲁大学张凯实验室合作完成的超高分辨率冷冻电镜原位成像工作， 由于突破了蛋白质纯化的传统概念，朱家鹏教授为南京中医药大学赢得了建校70年以来的第一篇Nature论文。

大约10年前，朱家鹏教授从剑桥大学博士后出站，因为Nature一作的文章还未见刊，暂时没有“拿得出手的论文”，求职时被20多所大学拒之门外。直到遇见时任南京中医药大学校长的胡刚教授，工作才有了着落。

进校几年，成果不少却一直没申请到国内的任何项目。胡刚校长的一句“精神内守”，让他在实验室里踏实地坐了下来。

在这个双向奔赴的故事里，我们看到了一个不“唯论文”的开明的校长，也看到了一个最终放下名校名院情节、只寻一方能静心做研究之地的学者。

与朱家鹏教授沟通时，他希望外界能更多地关注研究本身，于是我们对话了论文的第一作者郑婉博士。谈及郑婉，朱家鹏教授表示：“有这样优秀的（前）学生，固然有运气成分，但这也是对我培养学生能力的肯定。”

名校、名师、顶刊......我们似乎太容易把一切标签化，又过度关注标签。比如近期姜萍的事件中，“天才”和“中专生”的标签就令人眩目。

而唯名、唯论文的天平越重，“实”的那一头无疑就越被看轻。对名追得越紧，宽松、宽容的科研环境就越无从谈起。

回到研究的内在机理，谈及这次的前沿突破，郑婉显得兴致勃勃。

郑婉分享实验成果海报

出品 |搜狐科技

作者 |周锦童

编辑 |杨锦

5月29日，朱家鹏教授和耶鲁大学张凯教授联合研究团队的最新科研成果在《Nature》上在线发表，郑婉是这篇论文的第一作者。

2016年，郑婉进入南京中医药大学完成了6年的硕博学习，在此期间她得到了南京中医药大学医学院朱家鹏教授和耶鲁大学分子生物物理与生物化学系助理教授张凯的联合指导，之后，她进入耶鲁大学张凯教授实验室，深造至今。

郑婉目前主要研究线粒体。这次研究也是因为突破了蛋白质纯化的传统概念的束缚，直接对线粒体进行原位成像，在国际上首次实现了膜蛋白在线粒体原位环境的超高分辨结构解析，得到呼吸链超级复合体的最真实最清晰的三维结构。

线粒体是一个细胞器，线粒体出现问题与许多疾病相关。线粒体原位膜蛋白的高分辨结构解析，为氧化磷酸化这一最基本的生命过程的研究提供了坚实理论基础。

图片来自文章

“过去是摆拍，现在是抓拍”

为了更好地理解，郑婉首先科普了两个概念：

一个是蛋白，它是生命活动的基本单位，比如人生病了对应某些疾病靶点，所谓的疾病靶点就是蛋白；

另一个概念是线粒体，细胞中存在细胞器，线粒体就是一个细胞器，是细胞进行有氧呼吸的“鳃”。

我们的生命体活动是一个氧化还原电子传递的过程，线粒体上的蛋白被称为呼吸链，只有知道蛋白的结构，才能更好地理解它的功能。

线粒体上大概有1000-2000种蛋白，最主要的就是呼吸链上的蛋白。“所以线粒体就像能量发电站一样，它会源源不断地给我们的细胞代谢提供能量。”郑婉比喻道。

可是相对于人体和组织，细胞已经非常小了，线粒体更小，只有细胞的千分之一，想要了解它是十分困难的。

郑婉表示，虽然大家已经把蛋白提纯出来并且解析了结构，但依然有很多细节不明朗。国际上对蛋白结构的研究，首先都面临着提纯的问题，按这种方式，一个实验室一般只能深入研究3-5种蛋白，通过全世界科学家的拼拼凑凑才把线粒体中的蛋白研究清楚。

“但把蛋白提纯出来会使得它离开原生环境，造成研究结果失真，而且有些蛋白提纯出来后会失去活性，难以观察。”

郑婉提到，有些蛋白是膜蛋白，提纯膜蛋白时需要先把细胞膜融掉，把它抽取出来，再构建一个新的膜，但这个过程是非常剧烈的，很多蛋白在抽提的过程中发生变性，从而导致降解，无法进行研究。

他们的最新研究直接以线粒体成像，让蛋白保留在机体内部，直接观察它的自然的形态。

她举了一个形象的例子：“我们想研究草鱼在河里如何运动，以前都是把鱼钓出来（把蛋白提纯出来），放到鱼缸里去观察（构建一个新的膜），而我们现在相当于拿着相机到河里拍，不仅可以拍到大批高清的草鱼如何在水草里生活，还能成群地拍到其它不一样的鱼群，甚至还可能拍到螃蟹、青蛙和乌龟等等。”

用朱家鹏教授的“白话”来说，相当于“过去是摆拍，现在是抓拍”。不仅能拍摄到成千上万的样本，还能够同时分析，在算法上的升级是颠覆性的。

多做原创性的突破

谈及为什么要选择猪的线粒体时，郑婉表示，除了猪和人类线粒体较为相似外，还因为朱家鹏老师一直都是做呼吸链这方面研究的，是有学术传承在的，此外，猪的细胞更好获取样本。

当然这项新技术还有不完善的地方，郑婉坦言，他们正在不断优化，以期发展出一套更加完善的解决方案，大幅度扩充技术应用范围，特别是复杂膜环境、样品厚度、蛋白的分子量大小及丰度等潜在瓶颈的进一步突破。

“许多比较小的蛋白，在颗粒识别和筛选方面还不够完善；膜环境会对蛋白信号造成严重干扰，进而影响计算精度；厚样品对成像中的衬度传递函数（CTF）测定要求极高，不解决这个问题完全无法进行近原子分辨率分析；低丰度的目标蛋白则在分类方面会遇到很大瓶颈。这些都是我们实验室目前正在解决的重要技术问题。”郑婉解释道。

某一或多个蛋白出现问题可能会导致不同疾病发生，把蛋白结构看清楚了，可以直接给靶向药治疗对应的蛋白。

我们知道，癌症治疗是会同时杀死健康细胞和癌细胞的，但如果能明确地把癌细胞杀掉，就不会伤害健康细胞；其次，癌细胞不断增殖，如果能知道哪个蛋白让它不断增殖并且及时进行修复，那癌细胞就会变成正常细胞。

再比如，糖尿病需要终身服药，也不能食用过多带糖的食物，如果找出是哪个蛋白导致胰腺不能发挥胰岛素功能降解糖的，那就可以解决这个问题，糖也可以正常代谢掉。

“我是很幸运的，能得到朱家鹏和张凯教授的联合指导，他们在自己的领域里做出了许多开创性工作。”郑婉骄傲地说。

但，“出鞘必封喉”所展现出的热血，前提是“十年磨一剑”的历练。

“假如突然有两位武功高人对你说，看你骨骼清奇，要亲自传授给你‘绝世神功’，你会怎么办？”郑婉问搜狐科技。

“那当然是开心的不得了，每天积极练功，希望有一天可以登顶武林。”搜狐科技答。

郑婉笑笑道，开始她也是积极练功，进步特别快，信心满满自认为达到要求时，没想到两位老师说，这才刚刚开始。

“他们反反复复地说不行不行不行，就跟体能极限时的平板支撑一样，往后延长的每一分钟都是煎熬，我就说我不干了。” 这时张老师就会跳出来把她批评一通：“别人是超级兵团作战，我们是小作坊，比什么？只能比创新、魄力和坚持。要是这个课题很容易做，早就被大课题组做完了，还轮到你？”

“你要有争取做‘引领领域未来10年发展方向’课题的决心！”

论文发表很必要，但考核不是目的

郑婉并不反对学术成果以高影响因子论文的形式发表。由于线粒体是热门课题，她也会担心所做的研究被别人抢先发表。

在她看来，研究成果以顶刊论文形式发表是必要的，这个过程中，需要设计实验、学习实验技能、阅读文献、练习写作、接受方方面面的训练，学会做一个具体的实验并不难，难的是碰到一个从来没有见过的问题要如何去解决，甚至也要接受无法解决时的气馁和迷茫，这些都是成长的一部分，是逆商的培养。

谈及为什么会选择走科研道路，郑婉表示，她喜欢挑战新鲜事物，这能让我特别兴奋，她本科学医，在临床上发现很多机制是不明朗的，所以觉得必须得把最基础、最本质的东西搞清楚。

谈及青年科学家面临的现实困境，她提到，研究生及大多数处在事业早期的研究人员的工资水平可能都不足以维持个人生活的基本开销，甚至年近而立之年还需要家里支持以维持基本生计。

科学研究的目的绝不是为了追求物质生活的富足，但如果在物质待遇方面有所提升的话，或许更多的一线科研人员都能沉下心专心来搞研究，毕竟温饱问题解决了，大家都会有更高精神追求的。

“我很幸运碰到朱老师，朱老师的博士，除了一位有家庭的师兄，其余的都被朱老师送出国深造，他总说眼界和格局是最重要的，尽管他经费不多，但为了我们能安安心心的学习，朱老师真的是砸锅卖铁、毫无保留。”郑婉如是说。

同时，郑婉也向搜狐科技转述了张凯教授论文发表之际在耶鲁大学庆祝活动现场的原话——“任何形式的物质奖励绝不可以成为研究的最终目的，只有高质量的研究本身才是我们追求的终极目标，也只有一项高质量的研究才是对这项工作的最大回报。”

对于未来的研究，郑婉希望能够突破继续线粒体，把这个方法应用到溶酶体、高尔基体等其他细胞器上，在细胞环境观察各式各样的蛋白高清三维结构，从生命分子的本质上了解人类重大疾病的成因。返回搜狐，查看更多

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