近日,美國兩款使用mRNA(信使核糖核酸)技術的新冠疫苗陸續投入使用,給美國近乎失控的新冠疫情帶去了希望的曙光。 而這背後一位中國科學家做出了重要貢獻。
這位科學家也出現在了《華盛頓郵報》的報導裡。只是《華盛頓郵報》悄悄地抹掉了他的國籍——中國。
這位科學家名叫王年爽,他在2016年設計的用兩個脯氨酸 (proline)突變穩定冠狀病毒刺突 (Spike)蛋白的結構,如今被廣泛應用在了包括輝瑞、強生、Moderna、Novavax等多家公司的新冠疫苗研發中。
冠狀病毒的一個特點是其表面規則排列著的一根根長長的凸起物。這類凸起物是由病毒的刺突蛋白構成的,也是冠狀病毒感染細胞的關鍵蛋白。
電子顯微鏡下的新型冠狀病毒。圖片/世界衛生組織
輝瑞、Moderna等疫苗的機制是利用mRNA技術在人自身細胞內製造穩定且免疫原性強的刺突蛋白,訓練我們的免疫系統識別病毒,從而激發免疫反應。
但新冠刺突蛋白極不穩定,王年爽的貢獻就是利用結構生物學,在嘗試上百種不同的設計之後,找到了兩個可以穩定刺突蛋白的脯氨酸突變。
王年爽的論文圖表,S-2P的設計能把表達量提升至50倍。
這個技術手段不僅極大地提高了蛋白的穩定性和免疫原性,還適用於大部分種類的冠狀病毒,對於應對新發冠狀病毒的意義重大。
順其自然地選擇學生物
王年爽在傑森實驗室工作。 圖片/得州大學奧斯汀分校
王年爽1986年出生在山東淄博農村。中學期間的生物成績很突出,用他自己的話說是「高中時我花的時間最少,卻每次都成績最好,大概總能穩定到全市前十。」
填報志願時,他進入中國海洋大學,成為2005級基地班(生物化學與分子生物學專業)的一員。
2009年,王年爽以優異的成績保送進清華大學生命科學學院結構生物學中心,在王新泉教授的指導下攻讀博士學位。
2012年,當中東呼吸症候群冠狀病毒 (MERS-CoV)出現時,王年爽和他的導師、清華生命學院副院長王新泉教授對冠狀病毒產生了興趣。
2013年,王新泉教授帶著王年爽和清華大學張林琦教授實驗室合作,在解析MERS冠狀病毒入侵細胞機制的基礎上,進一步篩選出世界上首個能夠阻斷MERS感染的單克隆中和抗體 (neutralizing monoclonal antibodies)。
同年,《科學》雜誌把結構生物學指導疫苗設計列為當年十大科學突破之一,為王年爽的博士後研究指明了方向。
在經歷北京五年「最懷念也最無憂無慮的」讀博時光後,王年爽在2014年加入傑森·麥克萊倫 (Jason McLellan)的實驗室,開始自己的博士後研究。
研究成果在疫情中發揮作用
當時,麥克萊倫實驗室的一個重要項目是和美國國家衛生院的疫苗研發中心副主任巴尼·格雷厄姆 (Barney Graham)合作開發針對新發冠狀病毒的疫苗。
作為實驗室元老,也是麥克萊倫帶的第一個博士後,王年爽的課題是找到能夠穩定冠狀病毒刺突蛋白的方法,這是疫苗研發的關鍵靶點。為此,王年爽在兩三年間幾乎用盡了所有的辦法。
王年爽說:
當一個月或者幾周的努力沒有任何成果時,我會非常氣餒。但是,對這項研究重要性的信念讓我堅持了下來。
麥克萊倫用了不起 (tremendous)形容他對王年爽的印象。
我們有過很多試錯,但是王年爽從不放棄。 "There was a lot of trial and error, but Nianshuang never gave up", McLellan told China Daily.
王年爽說,在和安德魯·沃德實驗室合作 (Andrew Ward's lab)完成對HKU1冠狀病毒的刺突蛋白的結構分析後,情況開始好轉。
「我們和合作者一起解析了HKU1的蛋白結構,這對我們的幫助很大。之後,我們又嘗試了一百多個突變,最終確認了關鍵的兩個脯氨酸 (proline)突變」,王年爽興奮地說。
這一突破性的成果,也為4年後他和團隊在《科學》雜誌全球首發新冠病毒的S蛋白結構打下了技術基礎。
王年爽解釋道:
這個突變的作用其實是在這個結構當中,加入了一個穩定化的鋼筋支架讓這個蛋白更穩定。能夠激發更強效更持久的免疫反應,這樣做疫苗就會有比較好的效果。
王年爽作為共同一作在國際頂級學術期刊Science上率先發布新冠病毒S蛋白電鏡結構。圖片/網頁截圖
儘管王年爽從來沒有懷疑過他這項研究的重要性,但他做夢都沒有想到,自己的成果能夠在新冠疫情中發揮如此大的作用。
王年爽的博士生導師,清華大學生命學院副院長王新泉教授在接受中國日報採訪時說,經年累月的專注和紮實的知識積累對王年爽的幫助巨大。
王新泉在清華大學2020級研究生開學典禮上講話。攝影/李派
王新泉說:
王年爽是我實驗室裡第一個研究冠狀病毒的學生。加入傑森在美國的實驗室後,他繼續關注冠狀病毒的研究,堅持做了7年。知識的積累無疑幫助他取得了如此巨大的成果。
不過,這項如今被廣泛應用的技術,在當時卻被五家頂級科研期刊拒稿了。
「在當時,MERS冠狀病毒已經發生過去很久了,大家普遍認為整個冠狀病毒已經不是一個問題」,王年爽解釋道。
經過一年的努力,文章才終於在2017年8月發表在《美國國家科學院院刊》 (PNAS,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)。但他和傑森堅信這個設計能夠幫助應對新發冠狀病毒。
這個經歷讓王年爽對於科研有了新的感悟。
不要為了發文章去做你的科研
王年爽說:
不要為了發文章去做你的科研。
在他眼中,科研不應該文章至上,更重要的是給自己的領域帶來一些突破,給社會帶來一些改變。
之前的傳染病研究和與公司合作的經歷讓王年爽感受到科研成果轉化的艱難,他決定投身於生物醫藥的產業化。今年8月加入美國再生元製藥公司,從事研發工作,完成了從學界到業界的轉變。
《自然》雜誌的一篇文章指出,今年以來,關於新冠病毒的研究成了科學界的新熱點,全球4%的學術論文與冠狀病毒有關。
王年爽在微博上評論道:
大量的文章都是搶熱點,真正具有實際價值的理論突破其實不多。從今往後,文章難發了,做新冠就會成為雞肋,願意專心投入研究的會越來越少。
這種擔憂源自王年爽對科研現狀的洞見。
等真正有能力做一些事情的時候會回國
新冠疫情以來,美國政府開始頻繁對中國打「政治牌」,大量中國學者和留學生因此受到影響。
王年爽表示:
自從新冠疫情爆發後,中美之間的交流急劇減少,這是很多美國科學家不願意看到的現象。我希望這種情況可以得到改善,我們團結合作,一起應對我們共同的敵人——新冠病毒。
王年爽說,適應新的工作角色需要時間,也想繼續打磨好自己的能力。
談及未來的發展,王年爽認為自己還需要時間提升實力,加深對工業界的了解。正如他對科研的理解一樣,重視基礎,厚積薄發。
王年爽如是回復網友在微博建議他回國的評論:
修煉一些年,等真正有能力做一些事情的時候會回國的。
來源:中國日報網
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