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从造纸工人到国际生物学家_柴继杰教授的艰辛科研路

  柴继杰

  半路出家

  从造纸工人到国际知名生物学家

  80多篇SCI,10篇CNS(Nature+Science)

  被引用12000+次

  全国优秀科技工作者

  长江学者特聘教授

  主持国家杰出青年基金

  荣获谈家桢生命科学创新奖

  首位获得有“德国的诺贝尔奖”之称的

  2017年亚历山大·冯·洪堡教席——国际研究奖的中国学者

  师从施一公,却比施一公年龄还大

  被施一公多次公开场合提及。

  30年的科研之路异常艰辛

  2019年4月4日,国际顶尖学术期刊 Science 背靠背连发两篇清华大学生命学院柴继杰、王宏伟与中科院遗传所周俭民等人的研究长文,揭示植物抗病蛋白管控和激活的核心分子机制。这项成果解决了困扰全世界20多年的难题,并有望使化学农药的使用大大减少,国外专家甚至将这项成果的发现称为植物免疫研究领域的里程碑事件。Science 杂志如此评价: “这些发现很大程度上终结了该领域的长期猜测,揭示了植物免疫系统的关键。”

  领导完成这一成果的科学家之一——柴继杰教授,让人惊叹的是,与传统“学霸”不同,柴教授并非生物科班出身,能取得如此成就,柴教授30年的科研之路异常艰辛,也更加值得我们学习。

  只有好奇心和兴趣,才是坚持科研的源动力

  “科研事业并不是大家想象中的那般光鲜亮丽,大家在新闻中看到的仅仅是1%成功的案例,他背后可能累积着99%的失败,所以,科研本身是一个很单调、很无聊的过程,甚至可以说乏味。因此,只有好奇心和兴趣,才是坚持科研的源动力。

  柴继杰简介:男,1966年生于辽宁,现任清华大学生命科学学院教授,博导,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者。1983年9月,考入大连轻工业学院(现在大连工业大学)制浆造纸专业832班。1994年到北京协和医科大学药物研究所攻读博士,1997年到中科院生物物理研究所攻读博士后,1999年到普林斯顿大学继续攻读博士后,师从施一公院士,进行结构生物学研究工作。

  1983.09-1987.07 大连轻工业学院学士

  1987.09-1991.09 丹东鸭绿江造纸厂助理工程师

  1991.09-1994.07 石油化工科学研究院硕士

  1994.09-1997.07 协和医科大学、药物研究所博士

  1997.09-1999.08 中科院生物物理研究所博士后

  1999.09-2004.07 普林斯顿大学博士后

  2004.07-2009.03 北京生命科学研究所研究员

  2009.03-至今 清华大学生命科学学院教授

  ● 研究领域:

  关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子结构与功能。主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些细胞生物学、生物化学等手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。

  背靠背发两篇Science论文,揭示植物免疫系统关键,终结长期猜测

  和动物一样,植物也有免疫系统。具体来看,植物细胞会通过细胞表面或是细胞内的受体,感知到病原体分泌的致病分子,从而启动植物体内的免疫反应。在植物体内,数百个能与核苷酸结合的富亮氨酸重复(NLR)受体可能参与这一过程,但这些蛋白质的具体作用却一直没有得到探明。柴继杰教授团队(王继纵,Jia Wang,Meijuan Hu为这两项研究的共同第一作者)这两篇研究,通过揭示拟南芥中ZAR1蛋白的作用机理,让我们对NLR的作用机制有了全新的理解。

  植物抗病蛋白的抑制状态结构(A)、识别-启动状态结构(B)和启动机理(C)示意图

  在 Science 杂志同期专文评述中,国际植物抗病研究权威科学家美国科学院院士Jeffery Dangl和英国皇家学会会员、美国科学院外籍院士Jonathan Jones对这一重大突破性成果给予高度评价:“首个抗病小体的发现,为植物如何控制细胞死亡和免疫提供了线索”(“The first plant resistosome structure provides clues to cell death control and immunity”),显著的推进了人们对植物免疫机制的认识(“These important findings substantially advance our understanding of plant immune mechanisms”), 打开了多个开拓性研究方向 (“open many new lines of what is sure to be ground-breaking research”)。《植物学报》同时发表国际著名植物抗病专家Xin Li(李昕)等人题为“开启防御之门:植物抗病小体”的专文评述,认为该项成果“完成了植物NLR蛋白复合物的组装、结构和功能分析,揭示了NLR作用的关键分子机制,是植物免疫研究的里程碑事件”。

  植物抗病小体工作机制示意图

  各种农作物病虫害,严重威胁农业生产。为了减少损失,农业生产中不得不大量施用化学农药,但这又对环境、人类健康、和农业可持续发展带来了挑战。在保护作物的同时,减少化学农药的施用,成为摆在农业生产者和科学家面前的一道难题。解决这一问题的关键,就存在于植物细胞中:植物细胞内数目众多的抗病蛋白。这些蛋白发现病菌后,迅速启动植物防卫反应,杀死病菌,从而保护植物免受侵害。利用抗病蛋白,设计新型抗病虫育种,将大大减少化学农药的施用。抗病蛋白高分辨度结构和作用机制的解析,将为设计抗广谱、持久的新型抗病蛋白,发展绿色农业奠定了核心理论基础。

  半路出家,师从施一公

  令人惊叹的是,柴继杰教授并非科班出身,他在本科时就读造纸专业,毕业后成为一名造纸技术员。后来经过近30年的艰苦努力,才逐步成长为世界知名生物学家。

  学造纸专业出身

  柴继杰1966年生于辽宁。1983年9月,考入大连轻工业学院(现在大连工业大学)制浆造纸专业832班,是不折不扣学造纸出身。

  “当时的校园很小,只有一进校门的那一栋教学楼,后面有几栋零星的宿舍楼,其他地方都是荒地。”柴继杰教授2018年7月在母校大连工业大学演讲时曾回忆。

  1987年毕业后到丹东鸭绿江造纸厂担任助理工程师。在工作了四年后,1991年他考取了北京石油化工科学研究院的硕士生,据他回忆,当初老师来到他工作的工厂进行面试,为他在那样的环境下还能坚持学习所感动。

  1994年柴继杰教授到北京协和医科大学药物研究所攻读博士,这是他接触生物学的开始,1997年到中科院生物物理研究所进行博士后工作,1999年到普林斯顿大学继续从事博士后工作,师从著名科学家施一公教授,进行结构生物学研究工作。

  博士后师从施一公

  作为非科班出身的博士后,柴继杰在普林斯顿大学的科研之路异常艰辛。关于他的经历,施一公院士曾在多个场合提到,以此用来鼓励大家。

  2017年6月1日,国家留学基金管理委员会在京举办2017年国家公派出国留学人员行前集训视频会议,时任清华大学副校长施一公院士在讲座中谈到柴继杰教授在普林斯顿从事博士后的经历:

  我的两个学生都比我年纪大一点,柴继杰加入我实验室的时候,我看了他的简历,我以为他是大连工学院的,其实是大连轻工业学院的,是学造纸的,后来在丹东造纸厂工作了四年,为什么收他?就是因为他有个性。

  就拿他做对比,我有一个特别好的学生,就不说名字了,是科班出身,南京大学第一名,中科院周承儒先生的博士,97年申请我实验室的时候已经有七篇第一作者的CNS文章,在中国当时是不可思议的,柴继杰一篇都没有,他只有一篇第二作者的小文章,但是我就看重了他在工厂干了四年,能考回协和医学院做博士生的经历。

  他在我那五年做的非常优秀,当然这五年他非常曲折,这就是我说的来的时候英文很差,每天半个小时,我发现继杰现在还每天半小时的英文报刊杂志的阅读,他保持下来了,他在和他的学生讲,说你要每天读半小时。

  柴继杰在我那前两年就是技术员,他不明白他在做什么,因为基础太差了,手把手教他,但在某些研究学科,某个生命科学的大部分学科,我说难听点讲,你确实不需要太多太深厚的基础知识也可以做的很好。他前两年就是技术员,第三年开了点窍,第四年有自己想法的时候我非常非常欣慰,当时我才第一次意识到即使这样的学生我也可以带出来,他和你们想象意义上的学生完全不一样,他就凭一点,就是好强,继杰是从来不认为世界上有什么事情他做不到的,他付出比别人大得多的努力,当然他也很灵气,他找了一个适合自己做的领域和专业,在我那做了五年很优秀。

  30年坚持,不断挑战,成就世界一流

  2004年,柴继杰教授选择回国,到北京生命科学研究所任研究员,这是我国第一所由国家直接支持的一体化现代生命科学交叉研究中心,采用的是向美国看齐的“非升即走”体制,五年为一个考核期,柴继杰教授回来的时候该所才刚刚挂牌,如此选择也是冒着巨大的风险。2009年柴继杰教授到清华大学生命科学学院担任教授、博士生导师,2017年获得德国科隆大学和马普遗传与育种研究所教授席位。

  现在,柴继杰教授一直从事先天免疫和植物受体激酶相关蛋白质复合物结构方面的研究,科研成果不胜枚举。主持国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目一项,研究课题“植物受体类蛋白的结构研究”(项目号31420103906);是国家重大科学研究计划(973计划)国家蛋白质研究领域首席科学家,研究课题“先天免疫相关蛋白质复合物结构与功能的研究”(项目号2014CB910101)。以第一作者身份获得授权发明专利两项:2,4-二羟基-5,6-取代-1-卤代苯衍生物、其合成方法及其应用,专利号CN201210442700.7;2-环基氧或硫取代的羟基苯乙酮治疗新陈代谢疾病的应用,专利号CN201010621153.X。获得学术奖励两项:2016年获得河南省人民政府科技进步奖一等奖,2017年获得国家自然科学奖二等奖。

  已经是世界一流的生物学家的柴继杰教授,已经先后在国际著名学术期刊上发表SCI论文80多篇,其中包括通讯作者论文《自然》和《科学》10篇,到目前被引用12000多次。2009年获得长江学者称号,2010年主持国家杰出青年基金;并被授予全国优秀科技工作者称号;2011年获谈家桢生命科学创新奖。2017年,获得有“德国的诺贝尔奖”之称的亚历山大•冯•洪堡教席——国际研究奖,奖金高达500万欧元,而柴继杰教授是获得该奖项的首位中国学者。

  谈心得,好奇心和兴趣是坚持科研的源动力

  谈及自己的科研事业时,他表示,好奇心和兴趣是坚持科研的源动力。

  柴继杰教授表示,在他看来选择是人生当中最难的一件事情。衡量自己适不适合做科研,与其考虑自己能否坚持,不如思考自己是否对科研感兴趣。在科研之路上勤奋是必须的,但是并不是所有勤奋的人都能出成果,只有发自内心地想要认识自然界的规律和现象,时刻想要了解“为什么”,才能做好科研。

  “科研事业并不是大家想象中的那般光鲜亮丽,大家在新闻中看到的仅仅是1%成功的案例,他背后可能累积着99%的失败,所以,科研本身是一个很单调、很无聊的过程,甚至可以说乏味。因此,只有好奇心和兴趣,才是坚持科研的源动力。

  在母校的分享会上,柴继杰教授说,一个人在本科期间,甚至是研究生期间,都很难明确地认识到自己将来要做什么,也就无法判断自己所学的知识究竟是有用还是无用,那么我们能做的,就是尽可能的多学知识来充实自己,迎接机会和挑战,使自己的未来有更多的可能性

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