03.19
本文作者:Lewind
SARS对于很多人而言是段痛苦的回忆,甚至是残酷的,是生离死别的。然而我想要写的,却不是令人扼腕的苦痛,也不是深奥的医学知识,而是那一年SARS在我生命中留下的一些微不足道的点滴印记。
封校的日子
有一点无可否认:SARS其实也造就了一道风景,一道在正常时期永远不会出现的风景。就拿北京地区的封校这件事来说吧,恐怕是从建国以来,乃至文革之中,都不曾出现的事情。
SARS其时,我正在清华大学读研,搞的是结构生物学。对于我们学生来说,封校带来的最大影响源自两条规定:一、禁止在室内大规模聚集,以免加大传染机会;二、每人固定吃饭的食堂,凭牌入内,以免交叉感染。
那个时候一到中午,人人脖子上挂着不同颜色的牌子,进入食堂之前要先秀给门口站岗的同学查看。我们丑其名曰:狗牌。由于食堂是按宿舍楼划分的,我们原来在一起吃午饭的小团体不得不集体行军,分散作战。
至于“禁止室内大规模聚集”的规定,在封校前后期的解读是不同的。最初大家觉得上课和自习是要不得了,但实验还是要做的,毕竟实验室里也没多少人。可是后来,随着紧张情绪的漫延,来实验室里做实验的人也越来越少,最终就堂而皇之地停工了。
虽然不能做实验,但白天的时光也是要打发的。有人抓紧时间继续学习,也有人在享受这难得的清闲。我,以及我身边的一小撮人,不幸属于后者。我们整天聚在一起,找块敞亮的草地,坐下打扑克、玩杀人,间或打打羽毛球、扔扔飞盘。直到中午挂着狗牌去吃饭,饭后再回来继续开战。玩到后来,常规的游戏已经没有意思了,我们就尝试着改变规则,研究最佳最合理的游戏配置是什么,十足的geek style。
当然,占领草地的不仅仅是我们。彼时的清华园,只要天气还算可以,所有的草坪就会被各系各年级的学生们迅速占满。杀人的激辩声、打牌的啸叫声、以及不知什么原因引发的欢歌笑语声此起彼伏。大家都在享受这校园。我甚至觉得,那才是我此生见过的最像大学校园的大学校园。
结构生物学
不过,“好日子”是不会长久的。封校之后不久,SARS的毒株就被分离成功了。接着没过几天,SARS的第一套全基因组数据就由华大基因测序完成了。人们终于知道了SARS基因的构成方式,如预期的一样符合典型的冠状病毒特征。
接下来,就该我们上场了。
前面说了,我们是搞结构生物学的。这门科学研究的是蛋白质等生物大分子的三维空间结构。简单地说,它能用一种立体的方式向你展示蛋白质内部碳氧氮等各种原子的空间位置。说得更白一点,搞结构生物学就是为了看到蛋白质长啥样。知道了蛋白质的样子,我们就能研究它为什么具有这样那样的功能,还可以开发出药物小分子来抑制或促进它的功能。
其实,咱们国家的结构生物学起步是比较早的。当年水平颇高的人工合成胰岛素项目中,就有一项工作是通过结构研究证明人工合成的胰岛素和天然胰岛素完全一样。此外,今天欧洲结构生物学界的领军人物David Stuart教授,当年就是在咱们国家做的博士后,师从中科院生物物理研究所的梁栋材院士学习结构生物学。而我在清华的老板,饶子和院士,当年是梁栋材院士的弟子,与David十分熟络。
研究蛋白质结构并不像使用显微镜那么简单,可以直接看到图像。当X射线击中蛋白质晶体发生衍射的时候,结构信息已经被打散到了每一个衍射点之中,需要通过傅立叶变换才能复现出原来的蛋白质三维结构。这是一项计算量巨大的工作,毫无疑问是计算机的用武之地。然而我国在计算机软硬件上的落后成为了结构生物学进一步发展的瓶颈。再加上其它一些人为的原因,结构生物学的研究水平渐渐落后于国外同行十年以上。
饶老师于上世纪九十年代末从David位于牛津大学的研究中心回到清华,建立了向国际水平看齐的现代化结构生物学实验室。彼时很多国外的优秀华裔结构生物学家回国都会造访我们实验室,包括如今声名鹊起的施一公教授等人。而国内如今年轻一代的知名结构生物学家也与饶老师的实验室有着千丝万缕的联系,很多人是在这里完成了自己的结构生物学启蒙。比如清华大学的颜宁教授,出国读博之前就是在饶老师的实验室做的本科毕业设计。
蛋白质工厂
当SARS的基因组测序完成后,饶老师很快从华大基因取来了一份SARS的基因文库,让我们成为了最早拿到SARS基因文库的实验室之一。从这时开始,我们的“好日子”正式结束了。别人都是躲着SARS走,我们却要追着SARS跑。全体实验室成员都回到了实验室开始工作。说实话,我们那个时候也腻烦了这生命中从未有过的悠长假期,渴望做点有意义的工作。SARS基因文库的到来恰逢其时。
我们当时的目标是要尝试体外重组表达获得SARS的每一种蛋白质。由于结构生物学的研究对象是蛋白质,所以从基因到蛋白质的体外重组表达是结构生物学实验室的技术强项。我们每个人分配了几个SARS蛋白,各自从分子亚克隆做起。大家很快就获得了SARS全部蛋白质的表达,几乎没有遇到太大的困难。
接下来怎么办?饶老师做了一个出人意料的决定:我们实验室要为全国所有正在从事SARS研究的机构免费提供SARS的全蛋白组,供他们做进一步的功能实验、抗体实验、以及药物开发测试实验,推动他们加快研究进程。
要知道,如今的生物学研究已经变成了一个极其庞大的领域。任何人都只能是其中某几个分支的专家,甚至只熟悉自己从事的那个分支。从发现SARS到开发一种可能的药物,至少会涉及传染病学、病毒学、免疫学、细胞生物学、分子生物学、蛋白质化学、结构生物学、生物信息学、合成化学、药理学等学科,又绝不仅限于这些学科。
然而,在今天的科学研究当中,已经很难把所有这些学科的人才组织在一起共同攻关了。科学家们已经习惯了根据自己的研究兴趣各自为为战。SARS的出现是中国的科学家们第一次面对一个需要团队作战,尽快去找到答案的科学问题。
当医生们在抵抗SARS的第一线寻找治疗方法的时候,科学家们也自发地开始了开诚布公的合作。我们实验室所要做的事情,正是发挥自己的长处,为下游的研究者提供现成的SARS蛋白样品。这个时候,没有人还去想什么禁止聚集令了,我们整个实验室已经变成了热火朝天的蛋白质工厂。
由于所有人都在做着类似的工作,实验室有限的仪器设备一时就显得捉襟见肘了。为了保证任务能够按时完成,大家开始分时间段排班。不用睡美容觉的男生们就尽量夜里来干活,错开仪器使用的高峰。总之就是:人可以停,设备不能停。这些实验设备由于超负荷工作,寿命大大缩短,被后来前来维修的工程师戏称为“永动机”。
为了让下游的“客户”用着方便、清楚,我们还采购了专门的纸盒、小药瓶、以及配套的密封塞,又自己设计制作了药瓶药盒上的标签。心细手巧的女生们下了实验台又成了包装女工,把一个个小瓶装入盒中,再贴上标签。盒中的每一瓶里都装着SARS病毒的一种蛋白质,白色的一小坨,就像是从煎蛋上切下的一小块蛋白。
后面的故事实在不怎么振奋人心。我们的SARS全蛋白组试剂盒的确发放出去不少,但就我所知,并没有哪项SARS诊疗方面的突破真的与我们的试剂盒有关。不过,或许真正重要的在于,我们在SARS肆虐之时,也尽了自己作为一名科研人员所能尽的微薄之力。
冠状病毒
再后来,我们当然还是要以结构研究为主要工作。不久之后,我们实验室解析得到了世界上第一个SARS病毒蛋白质的三维空间结构。这个蛋白质是SARS的主蛋白酶,是SARS最为至关重要的一个蛋白质。
SARS的各个蛋白质在体内不是分别表达的,而是作为一整条肽链表达出来的。这个主蛋白酶位于最前端。它首先要把自己从这整条肽链上切下来,然后再把其它蛋白一一剪切下来。所以,只要能抑制这种主蛋白酶的活性,就能让SARS病毒的蛋白无法正常形成。
我们不但解析了这种蛋白的结构,还根据结构设计了一种高效广谱的抑制剂,不但对SARS主蛋白酶有抑制作用,对其它种类病毒的主蛋白酶同样有效。只不过,从一个有效的小分子到一种真正的药物,还有漫漫长路要走。即便是在药物巨头企业中,往往也需要十年甚至更长的时间。这种抑制剂亦是如此,至今仍在路上。
再再后来,我们实验室相继解析了若干种SARS蛋白质的三维结构,与美国圣地亚哥的Scripps研究所的Raymond Stevens在SARS结构基因组的研究中各占半壁江山。
虽然我们至今没有拿到一种可以投放市场的抗SARS药物,但所有这些研究成果大大加深了人类对于SARS所属的冠状病毒科的整体认识。这类病毒曾经被认为几乎不会感染人类,因而很少得到生物学家的关注。而SARS的出现彻底改变了我们对于冠状病毒的认识。几个月前刚刚出现在中东的致命病毒EMC同属冠状病毒科,令我们相信对于冠状病毒的研究不会只是徒劳无功。
回到SARS那一年的年末,我们对于SARS主蛋白酶的结构研究工作发表在了《美国科学院院报》上。我虽然只在这项研究中贡献了微不足道的一点点力量,但也有幸名列作者之一,算是那一年我们一起追过SARS的印记吧。
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