32歲全球青年科學家獎特等獎華人曹俊越:為生物學探索之路「點燈」
2021-01-13 騰訊網
曹俊越
■本報記者 唐鳳
前不久，Science和SciLifeLab頒發的2020年度青年科學家獎揭曉，全球唯一特等獎授予了32歲的美國洛克菲勒大學助理教授曹俊越，以表彰其在高通量單細胞測序技術以及發育生物學方面的傑出成就。
受新冠疫情影響，2020年成為曹俊越「喜憂交加」的一年。
喜的是，他在美國洛克菲勒大學有了自己的實驗室，並獲得此次獎勵。憂的是，疫情影響了他的實驗室建設甚至研究工作。
「目前，我在紐約的新實驗室初具雛形，因為疫情影響，很多實驗工作還不能順利開展起來。但是因為我們需要處理很多的高通量轉錄組數據，也可以利用這段時間，進行一些分析工作。」曹俊越告訴《中國科學報》。
與細胞為伴
生命是永遠談論不完的話題。「我的工作主要是高通量單細胞基因組技術開發。」曹俊越說，「正如我們所知，生命始於一個微小的單細胞。這個微小細胞不斷分裂，然後分化成許多不同的細胞類型，形成不同的組織器官，最終發育成人體。為了理解生命過程，我們需要系統性地分析每種細胞種類及其在發育過程中的動態變化及分子機理。這就對技術提出了非常高的要求。」
人體內有數百種不同類型的細胞，很難根據一種或兩種分子特徵區分它們。而且，傳統的檢測技術靈敏性較差且價格昂貴，無法對幾百種細胞進行全面的檢測和比較。
曹俊越在華盛頓大學Jay Shendure實驗室的3年半博士研究期間，研發了4項高通量單細胞測序技術：sci-RNA-seq、sci-RNA-seq3、sci-CAR、sci-fate。
sci-RNA-seq實現了不依賴於細胞分離的單細胞基因表達檢測。這項技術被應用於檢測超過5萬個線蟲單細胞的轉錄組測序，從而構建了世界首個生物個體水平的單細胞轉錄組圖譜。sci-RNA-seq3可以同時檢測幾百萬個單細胞轉錄圖譜，費用較低、操作簡單。sci-CAR可以同時檢測上萬個單細胞的轉錄組和染色質可及性數據。研究人員藉此成功構建首個哺乳動物器官水平（腎臟）的單細胞雙圖譜。sci-fate用於研究大量單細胞在轉錄組水平的基因表達動態。相關研究成果分別發表於《科學》（2017、2018、2020）、《自然》（2019）、《自然—生物技術》（2020）。
照亮「前路」
當然，新技術研發並非易事。
「我一直認為技術發展是與傳統研究非常不同的領域。我們正在嘗試創造自然界中從未存在過的新工具，從零到一的過程會經歷很多失敗和挫折。」曹俊越說。
曹俊越回憶道，在研發sci-RNA-seq的過程中，他曾花費兩年時間反覆嘗試了262種實驗條件，才摸索出技術雛形。之後，他又對超過1718種實驗條件組合進行優化，其中大部分都沒有成功。
「反過來想，如果沒有這些失敗的結果和付出，就沒有最終完善的技術，沒有10年質的飛躍。」曹俊越笑道。
10年前，當第一個單細胞基因組技術被開發出來的時候，人們只能描繪3到5個細胞，每個細胞的成本大約是100美元。而現在，人們可以在一次實驗中描繪出超過200萬個細胞，而且每個細胞的費用在0.01美元以下。
曹俊越說：「這些新技術就像一盞盞明燈，照亮了生物學的探索道路，我認為這將推進單細胞動力學領域發展。」
讓曹俊越感到自豪的是，他的高通量單細胞技術不需要任何特殊設備，世界上幾乎所有的實驗室都可以使用它們進行研究。它們不是單一的技術，而是可以作為一個平臺來使用。有了這個新平臺，研究人員可將同一個單細胞的不同分子層剖面同時解析出來。
「沒有一種技術是完美的，會有很多限制。我很高興能想出一些新方法克服這些技術限制，使它們變得更好。同時，我期待使用這種新技術探索世界，了解生物學新知識。」他說。
最近，曹俊越以助理教授的身份擁有了自己的實驗室。
「在未來的5到10年裡，我希望開發新的單細胞測序技術，用來研究體內細胞的動態變化，並且理解人體是如何隨著時間的推移保持穩定的，以及細胞種群內穩態是如何在衰老過程中被破壞的。」他說。
平衡工作和生活在於專注
在日常生活中，曹俊越可以稱得上「張弛有度」。
「在實驗室辛苦工作一天，我晚飯後會去看風景，每天與妻子和孩子在附近的湖泊或河流邊散步。我和妻子研究相同的領域。我們經常談論新的技術想法，或者相互交換從研究中學到的生物學新見解。」他說。
曹俊越有兩個孩子，6歲的兒子和1歲半的女兒。
「我女兒正好在我準備畢業論文的前一個月出生。我認為平衡工作和生活的關鍵是真正專注於研究、充分利用時間，尤其是學會利用照顧孩子的間歇。」他說。
新冠疫情讓許多工作「停擺」，照顧孩子成了曹俊越的日常工作之一。
「通常我會在孩子晚上睡覺後做一些分析。但與孩子們玩耍、看書的時候，會完全放鬆下來。每個周末，我們會去附近的公園進行『家庭旅行』，有時甚至會意外獲得一些新『點子』。」
得知自己獲得青年科學家獎特等獎時，曹俊越說，「我真的很榮幸，我非常感謝過去幾年來大家對我的所有支持，特別是我的導師Jay Shendure博士。」
作為青年科學家代表，曹俊越建議年輕研究人員不要害怕追求最感興趣的生物學問題。面對挑戰和未來保持積極的態度非常重要。
青年科學家獎由Science/AAAS和SciLifeLab於2013年共同設立，是生命科學領域最重要的國際獎項之一。該獎項旨在鼓勵和支持青年學者開啟獨立科研生涯，特等獎獎勵30000美元；其他三個類別的獲獎者每人將獲得10000美元的獎勵。
曹俊越告訴《中國科學報》，他準備把這筆獎金當做孩子的科學啟蒙經費，希望引領他們進入生命科學這個領域。
往年的獲獎者通常會於12月應邀前往瑞典，參加為期一周的科學紀念活動，並有機會與所在領域的主要研究人員見面。一年一度的頒獎典禮和宴會在斯德哥爾摩的鏡子大酒店大廳舉行，這是諾貝爾獎宴會的原址。而今年受新冠疫情影響，頒獎典禮通過視頻會議的形式進行。即便無法前往瑞典，曹俊越也希望能與其他獲獎者進行交流。
曹俊越很欣賞今年特等獎獎盃設計師Alicia Bergsten對設計的詮釋：「我決定把獎盃做成一個球形，象徵著地球，它由染色體形狀的銀色拼圖組成。我認為研究就像在尋找一個特定的片段，能拼接到已知世界中。當你找到丟失的那一塊時，你就在創造一個更大的畫面，其他人可以給它添加更多的拼圖碎片。」
來源：《中國科學報》
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