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作者:唐鳳 來源:中國科學報 發布時間:2020/12/9 14:51:08
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曹俊越和他的高通量單細胞測序技術

 

曹俊越的獎杯

 

 曹俊越在實驗室工作。

12月9日,Science & SciLifeLab青年科學家獎頒獎典禮以不同于往常的形式進行,即便無法前往瑞典,曹俊越仍很期待聆聽其他獲獎者在各自領域作出的貢獻。

同樣,新冠肺炎全球流行,讓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,并成為本年度青年科學家獎全球唯一一名特等獎獲得者。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剛初具雛形,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。”曹俊越說,“另外,照顧孩子們和做研究同時進行,需要學會見縫插針。”

與細胞為伴

生命是永遠談論不完的話題。生命是如何產生的,我們的身體是如何在發育中形成的?曹俊越就是在尋找這些普通人也非常好奇的問題的答案。

“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,生命始于一個微小的單細胞。這個微小細胞不斷分裂,然后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以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征區分它們。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。

在華盛頓大學Jay Shendure實驗室的3年半博士研究期間,曹俊越研發了4項高通量單細胞測序技術。

sci-RNA-seq實現了不依賴于細胞分離的單細胞基因表達檢測技術。sci-RNA-seq3可以同時檢測幾百萬個單細胞轉錄圖譜,同時費用較低、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。sci-fate能用于研究大量單細胞在轉錄組水平的基因表達動態。

照亮“前路”

當然,新技術研發并非易事。“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2年反復嘗試了262種實驗條件,才摸索出技術雛形。之后,他又實驗了超過1718種條件組合進行優化,這里面大部分的實驗條件都沒有成功。“反過來想,如果沒有這些失敗的結果和付出,也就沒有最終完善的技術。”曹俊越笑道,“也就沒有10年質的飛躍。”

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?,F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減少到0.01美元以下。曹俊越說:“這些新技術就像一盞一盞明燈,照亮了生物學探索道路,我認為這將推進單細胞動力學領域發展。”

令他感到特別自豪的是,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。它們也不是單一的技術,而是可以作為一個平臺來使用。有了這個新平臺,研究人員可以繼續研發,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,它們會有很多限制。我很高興能想出一些新的方法來克服這些技術限制,使它們變得更好。同時,我期待并興奮地使用這種新技術去探索世界,去了解生物學新知。”他說。

最近,曹俊越以助理教授的身份開啟了自己的實驗室。“在未來的5到10年里,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,并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。

平衡工作和生活在于專注

而對于日常生活,曹俊越可以稱得上“張弛有度”。

“在實驗室辛苦工作一天后,我晚飯后會去看風景,每天與妻子和孩子在附近的湖泊或河流散步。我和妻子研究相同的領域。所以我們通常談論新的技術想法,或者我們從研究中學到的生物學新見解。”

曹俊越有兩個孩子,一個6歲的男孩曹永安和一個1歲半的女兒曹小妮。 “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于研究、充分利用時間,尤其是學會利用照顧孩子的間歇。”他說。

新冠肺炎疫情讓許多工作“停擺”,照顧孩子成了曹俊越的主要日常工作之一。

“通常我會在孩子晚上睡覺后做一些分析。但與孩子們玩的時候、看書的時候,會完全放松。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,曹俊越提到,“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去追求最感興趣的生物學問題。同時,面對挑戰和未來保持積極的態度非常重要。2013年,該獎由Science/AAAS和SciLifeLab共同設立,是生命科學領域最重要的國際獎項之一。該獎旨在鼓勵和支持青年學者開啟獨立科研生涯,主辦方每年從全球的申請者中選出一名授予特等獎,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,希望引領他們進入到生命科學這個領域。

往年的獲獎者通常會于12月應邀前往瑞典,參加為期一周的科學紀念活動,并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。

今年因為新冠的全球流行,頒獎典禮將會通過視屏會議的形式進行,曹俊越表示,希望能與其他獲獎者進行交流。他特別還提到,今年的特等獎的獎杯由卡羅林斯卡的設計師Alicia Bergsten設計,它的寓意如下:“我決定把獎杯做成一個球形,象征著地球,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。”

 
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