邓子新:DNA硫修饰发现的探索之旅及对生物学人才培养的启示

　　

　科研实验室里的文化和精神，对学生获得学位后服务社会，以及对年轻教师的继续培训都有非常深远的影响。尤其是实验室精神文化的建设，不是短时间内就能够建设起来的，也不是投入一些研究经费就能够建立起来的，这需要一个长期持续的过程。在探索科学新发现的过程中，我发现有一些核心的、对人才培养有着关键性作用的问题，所以我想就实验室中科学研究的一个范例，来谈一谈科研对生物学人才培养方面的启示。

 

　　一、DNA上的磷硫酰化修饰：发现瞬间的反响和激动

 

　　这项科研工作揭示了在DNA大分子上一种新的硫修饰，DNA作为一种重要的生物大分子，在细胞体内是一个超螺旋的结构。在基本的结构以外，DNA可以进行甲基化修饰，这是大家知道的。现在回顾一下，其实甲基化的修饰也只是一个简单的发现，但它却带来了生物学领域的一次革命，推动了基因的复制和翻译、基因表达的调节等许多方面的科学发现。而今天我要介绍的DNA硫修饰可以说是除了甲基化修饰以外，在DNA修饰领域又一个新的发现。这项发现源于我们研究团队十几年的工作，在研究结果发表后，引起了国内外科学界的广泛反响，并入选了《环球科学》2007全球十大科学新闻，Faculty  of  1000  Biology重大进展、专家观点栏目。多个国际期刊及国际会议都引述了我们的研究，指出“这种DNA磷酸骨架结构发生改变的首次发现将引发出围绕硫元素掺入的机理和这种修饰的功能等一系列值得深思的科学问题”，“毫无疑问，这一发现打开了一扇全新的窗口，将大大激发人们对DNA大分子上众多新谜底的激情探索，而在此之前人们对这些谜面从不曾想过”。现在看来，这项发现所引起的反响和评价，实际上有许多是我没有预料到的，也让我觉得非常震撼。

 

　　在这里，我并不是要详细介绍该项研究，或让大家看到我们这个发现有多么重要，我是想以此为一个引子来谈一谈这项科研活动对我的启发、对教学和科研实践的启示，以及对今后生物学人才培养是否会有一些值得借鉴的经验，这才是我想与大家探讨的。

 

　　二、瞬间激动的背后是二十年的挫折和坎坷

 

　　如果说2007年底对于我的研究团队来说是一个瞬间的激动的话，那么在这个激动的背后也确确实实有许多的酸甜苦辣，现在回想起来反而是这些酸甜苦辣更值得我“眉飞色舞”，因为它们更多地反映了整个团队的挫折和坎坷，也才会产生值得我们借鉴的关键点，因此在谈启示之前，我想简单地介绍一下发现背后的故事。

 

　　DNA上的磷硫酰化修饰这一科研发现，大致经历了以下几个科研历程：①DNA降解现象的不同解读；②DNA降解原因的层层排查；③“一种异常修饰”的遗传证据；④分离DNA修饰相关基因的挫折和尴尬；⑤硫元素可能掺入到了DNA中；⑥DNA硫修饰的化学本质--右旋磷硫酰化；⑦DNA磷硫酰化修饰广泛存在于细菌中。  最初的研究就是起始于一个简单的现象--DNA降解，这种现象几乎每一个实验室每天都会发现，但是成百上千篇的文献都是做的同样一个解释，甚至已经成为一个习以为常、司空见惯的现象了。我们在实验中却发现，即使是在同样一种研究里，同样一个人提取的DNA，为什么从这种生物里提取的DNA不降解，而从另外一种生物里提取出来的DNA却会降解，由此我们就开始了大量的排查工作。以此开始，不断有了新的发现，但同时又开始提出了新的问题，从外在污染的排除，到解释该现象与甲基化修饰的关系，又到DNA中新元素的发现，直至最后确认这是一种新的生理修饰机制。现在，我们已经发现这种DNA硫修饰广泛存在于微生物中，是微生物一种普遍的生理现象，由此开始了一个新领域的诞生和展望。

 

　　这么长时间的科研探索，其实起始于一个较为偶然的因素，在我们当初选择该项研究工作时，谁也没有从它生物学的重要意义、甚至是未来的轰动效益去考虑，我们就是本着把科研现象的解释做深、做透、做扎实、做系统的原则，才有了现在的成果。

 

　　三、科学探索历程之外的启示

 

　　在科学探索历程中，可能有许多东西是值得追寻、值得回味的。在我们发表论文或得到专利之外，实际上还有很多经验与教训能够对教学和科研，以及对人才培养都会有很好的启示。

 

　　1.如何对待非共识项目

 

　　科研活动中的非共识性非常重要，可以说整个科研过程中都充满着非共识性。但是，对于科学研究中一个非共识性的项目，在刚提出来时往往很难得到大家的广泛认可，或者被叫做冷门项目。随之而来的是非共识项目在资金申请方面的困难，无论这个困难是暂时的，还是永远的，这对于科技工作者来说，不管是刚进入实验室的研究生，还是已经有所积累的科研人员也罢，都是一种对毅力和执着精神的考验。但是，实验室总是会有这种非共识性的实例，也总是需要这些非共识性的实例，因为它可以催化和保障研究工作的高质量。

 

　　非共识项目的成功通常是出人意料，甚至是令人“大开眼界”的。这种意外的成功，往往还会伴随更可观的科学的和社会的影响。我觉得，在当今社会中，尤其是在自然科学研究方面，我们应该更多地关注非共识项目，应该鼓励自由的探索。尽管根据国家的重大需求开展研究是非常重要的，但是如果我们只一味地从它的应用潜力、价值或从一开始就问它会带来什么影响，或者带来什么效益的话，将会对自主创新产生不利的影响，也不利于自然科学领域的发展。当然，非共识性的研究结果在初期阶段是很难发表的，在我十几年的科研过程中，我曾多次试图发表中间阶段的研究结果，但都遭到了拒绝。因为，非共识项目风险性较大，具有不确定性。但是，不能因此而否定它们。我认为非共识性项目需要在第一步得到认可，并且在整个的研究过程中需要意志力来坚持。

 

　　2.人才的培养和成长重在过程

 

　　人才的培养和成长，通过一个具体项目来实施是很重要的。在我们的研究过程中，我的一些研究生并没有必须发表论文的要求。如果当时有这样的硬性规定的话，他们可能就难以毕业了，那样的话对他们是很不公平的。后来，很多学生对我说，他们从中学到了很多东西，尽管在我的实验室做这个项目的时候没有发表论文，但是现在他们在新的岗位上追溯起当年的工作过程，对他们现在的研究思路非常有帮助，有一种“开眼界”的感受。对于学生们的这种感受，我是非常高兴的。

 

　　在实验室里我比较注重过程。实验室对于学生来说就好像一个游泳池，有深水区也有水浅区，只有敢于下水进入浅水区后，才会敢于进入深水区。而敢于涉及难题就是敢于进入深水区，也只有这样，他将来才可能敢于下海。如果在深水区里都游不出来，日后也就不可能在科研的“海”中畅游。由此可见，一定要先在游泳池里很好地掌握游泳技术，即在研究过程中，能力的培养是非常重要的，要学会发现新问题、提出新问题，这样才会有新思路。就像一幅抽象派的画，有的人看似一匹马；有的人觉得像一座山；而有的人则什么都看不出来。可见，这是需要艺术鉴赏力的。这种艺术鉴赏力推而广之到我们的研究领域就是发现新问题的能力。

 

　　在我们的实验室里有很多本科生做实习，我对他们的要求是：不管发表哪一篇论文，也不要求发表多少篇论文，但是第一篇论文必须精雕细琢，要学会把一些抽象的、支离破碎的实验现象和结果，总结归纳后上升到理论的高度，形成科学层面生动的“故事情节”，这才是所谓的论文。如果一篇论文不能很好地整合科研元素，说明作者还缺乏必要的科研素养。

 

　　相对于用类似获诺贝尔奖的事例来鼓励学生，用同一个实验室中身边的人来激励学生成长影响更大。鼓励学生们多去追踪成功同学及其从事过的研究项目，让他们近距离地体会师兄们从事课题的难度、不断解决问题的办法，以及最后发表了什么论文、获得了怎样的社会和科学的影响等。这些身边的事例对学生来说更加栩栩如生，不会显得遥不可及，学生会把身边的人和事作为典范，在学习的过程中具有更加明确的参照物。

 

　　3.科研工作不能做“追星族”

 

　　科研工作不能做“追星族”，不能盲目跟风。比如我的这个课题，论文难以发表，缺乏阶段性成果，解释一个实例可能要花很长的时间，可以说有太多的理由可以放弃。但是，我们最终坚持了下来。现在，很多学生会自己要求延长研究时间，不会随便发表论文，因为他们认识到生物研究需要深入细致、有板有眼、扎扎实实地科学实验工作，这对他们一生都有重要的影响，所以他们不祈求一天吃成一个胖子。科研不能盲目地追风、赶时髦，切忌这山望着那山高，要培养学生活学活用知识的能力、审视知识的能力、否定知识的能力。现在的科研文化中有一些负面的东西，包括用一些指标进行机械、横向地比较，学生可能认为能产生较大影响的领域才值得研究。所以，我们要让学生识别和规避社会“杂音”和诱惑的影响，按科学规律潜心做事。

 

　　4.科研文化的真谛是创新

 

　　科学是座没有顶的山，永远无法爬到顶峰。发现的灵感在于不寻常地关注异常，创新的真谛就是不唯理地追求真理。我在与学生讨论课题方向时，他们会有两种不同的反应：一是他们认为这是科学研究中的一个热门课题，很难做出比别人更好的结果；二是给他们一个相对冷门的课题，他们又会考虑发表出来的论文很难被别人引用。我告诉学生，如果总是有这种顾虑将很难做好事情，热门的东西不可能任何方面都是无懈可击的，要睁大眼睛寻找没研究到位的东西，你才能够做出你自己的贡献。所以，要用批判的眼光来看待一切，不要人云亦云，随声附和。要不畏进“热门”  淘金，  要热衷给“冷门”  添柴。

 

　　此外，在科研上要乐于找人来给自己挑刺，也要自我挑刺。实验室中互动交往的团队文化是现代科学的客观要求，是有利于创新的。要培养一个成功的科技工作者，要在实验室里培养他的科学兴趣，他要具备吃苦耐劳、执著追求、开放创新的精神，尤其是创新的激情。如果他对自己所做的事情不感兴趣，就很难做出具有重大影响的成果。另外，当新学生进入实验室后，要善于利用前人研究的经验，以充实自己的研究工作；同时，当离开实验室的时候，要回过头审视一下，自己给实验室留下了什么。所有这些都是不断创新的源头，都是学术上的历史贡献。

 

　　四、本科生的科学实践与人才培养

 

　　前面重点介绍了研究生的人才培养，下面简单地谈一谈关于本科生的科学实践和人才培养的问题。在这方面，前述的科研启示，是基于培养本科生进入科学实践，以及参与科研各环节的创新和实验室文化，所以一些经验也适用于本科生的培养。但是，培养本科生具有和培养研究生不同的特点：①群体性教学，涉及更多书本知识；②心理素质较差，个人意识较强；③思想较活跃，但具有不定性，有闯劲，较挑剔；④以课堂为主，实验的机会相对少，对实验室科研文化真谛的认识较肤浅。

 

　　针对培养本科生的特点，应尽量提供更多的体验机会。这些体验的机会不仅是在四年级的最后一年或者半年才给予，而是要贯穿于平时的教学环节中。在上海交通大学生命科学技术学院，针对本科生开展“二年级科研认知实习”，是指学生在二年级的时候进行科研的认识和实习，各系系主任组织实施，每学期1学分（18学时），让学生轮转参观9个实验室。参观结束后，学生确定实验室导师，以便进一步参与科研项目。学生进入实验室后，学院制定科研认知实习的相关规定，根据实习记录情况和导师评语给学生评定成绩。通过这项活动，学生可以充分了解本专业的发展前沿，尽早明确发展方向，为培养他们的科研兴趣打下一定的基础。

 

　　当然，不排除有一些学生未来的专业方向是不确定的，但是专业思想的稳定与否还是与教师的指导和导向有很大关系的。我们为本科生配备了多种不同层次的科研训练，包括国家和上海市的创新实验，以及学校、学院的课外创新活动等，根据项目研究的内容，资助经费由1000元到30000元不等。比如，学院科技创新基金，资助金额在1500～2000元/项，每期10项，立项人为中级职称以上或博士学位的教师，与实验教学中心教师联合提出立项申请，或实验教学中心教师单独申请。申请人为学院大一至大三年级的在读本科生，而获学校科研项目资助在研的学生不得同时申请。通过这些科研实践，实验室以本科生为第一作者或者是参与作者所发表的论文越来越多。对于本科生来说，科研实践的经历、体会和经验，哪怕是看起来微不足道的经验，都有可能成为他们日后可以去共享或分享的东西。所以，这个环节对本科生走上科研岗位，或深造都是会有影响的。