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陳鈿雨,西湖大學(xué)2020級博士研究生,來自系統(tǒng)免疫學(xué)實驗室。
就在剛剛過去的2021年,他成為“微軟學(xué)者”獎學(xué)金獲得者,亞太地區(qū)共有11人入選。
“微軟學(xué)者”獎學(xué)金是微軟亞洲研究院自1999年啟動的一項面向亞太地區(qū)計算機(jī)科學(xué)以及相關(guān)專業(yè)和交叉學(xué)科的優(yōu)秀博士生的項目,該獎學(xué)金項目旨在發(fā)掘優(yōu)秀、有潛力的低年級博士生,支持、鼓勵其更好地開展研究工作。452名歷年獎學(xué)金的獲得者中,已有多人成為學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的中流砥柱。
陳鈿雨是西湖大學(xué)第一位摘得該獎學(xué)金的同學(xué),也是少數(shù)非計算機(jī)專業(yè)背景的得獎人。
這名生命科學(xué)領(lǐng)域的90后,為何會獲得微軟的青睞?
“我希望利用計算生物學(xué)方法加深我們對體液免疫的理解,為疫苗研發(fā)提供新的思路,為免疫相關(guān)疾病治療提供新的靶點。”
答辯中陳鈿雨的這段陳述,讓人心動。
科普:陳鈿雨的“放大鏡”
計算生物學(xué),是將計算思維和方法應(yīng)用于生命科學(xué)研究的一門學(xué)科。它將數(shù)據(jù)分析、數(shù)學(xué)建模和計算機(jī)仿真等工具引入生物學(xué)領(lǐng)域,重塑了生物學(xué)研究的方式,并拓展了生物學(xué)領(lǐng)域。
體液免疫,則隸屬人體的適應(yīng)性免疫系統(tǒng),主要由B細(xì)胞介導(dǎo),是機(jī)體抵御病原微生物感染的重要防線。當(dāng)B細(xì)胞受到抗原刺激后,能夠迅速活化增殖并分化為漿細(xì)胞,產(chǎn)生大量抗體,特異性地結(jié)合并清除抗原。
這個過程非常快速,一般僅耗時十幾天,在此期間,我們身體微觀層面B細(xì)胞的小世界里,也發(fā)生著如同達(dá)爾文進(jìn)化論一般的“演變”。B細(xì)胞的這個“微型進(jìn)化系統(tǒng)”,正是陳鈿雨所在實驗室重點攻關(guān)的方向之一。他們想要搞懂其中的機(jī)理——是什么胞內(nèi)分子信號在驅(qū)動B細(xì)胞的正向篩選?
那計算機(jī)科學(xué)為何與之相關(guān)?陳鈿雨解釋:“在這樣研究過程中,計算生物學(xué)能夠從大量的、高復(fù)雜度的實驗數(shù)據(jù)中挖掘出隱藏的模式,形成假設(shè),為進(jìn)一步的實驗驗證提供指導(dǎo)。”
簡單理解,計算生物學(xué)能夠更好地幫我們進(jìn)行生物相關(guān)的數(shù)據(jù)處理與篩選,就像一個“放大鏡”,讓我們在細(xì)枝末節(jié)上看清楚B細(xì)胞免疫演化的過程。
實踐:入學(xué)一年初戰(zhàn)告捷
陳鈿雨在本次微軟獎學(xué)金申請中提交的方向,并非“紙上談兵”。
2021年5月,在正式入學(xué)9個月后,他作為共同一作署名的研究文章“Coupled analysis of transcriptome and BCR mutations reveals role of OXPHOSin affinity maturation”發(fā)表于期刊Nature Immunology(西湖大學(xué)徐和平研究員和匹茲堡大學(xué)Harinder Singh教授為論文共同通訊作者,共同一作作者還有西湖大學(xué)博士生王琰和匹茲堡大學(xué)博士后Godhev K Manakkat Vijay)。
在這項研究中,他們找到了B細(xì)胞進(jìn)化過程中的“兩個一”:一條該過程中的關(guān)鍵通路——氧化磷酸化通路,和一個“神奇”的小分子化合物——oltipraz。
陳鈿雨說:“依賴于包括雙光子成像等技術(shù)的進(jìn)展,過去10年,在細(xì)胞層面,我們對B細(xì)胞‘進(jìn)化’過程有了更多的認(rèn)知,即了解了有哪些細(xì)胞參與這個過程;但在分子層面,也就是在基因方面,我們還知之甚少。如果想要知道哪些基因在這個過程中扮演了重要角色,首先我們需要一個能夠有效區(qū)分不同親和力B細(xì)胞的標(biāo)記。
借由主題模型方法為代表的計算分析的“眼睛”,陳鈿雨看到了一條關(guān)鍵通路:氧化磷酸化通路。通路,即一組基因通過相互作用行使特定的功能,可以理解為如同電路的一系列“觸發(fā)線路”,在“觸發(fā)”后能夠發(fā)揮功用。陳鈿雨他們發(fā)現(xiàn),在高親和力的細(xì)胞中,氧化磷酸化通路的活性會更高(也就是基因表達(dá)更活躍)。
同時,他們找到了一個重要的小分子:oltipraz。這個小分子能夠增強(qiáng)氧化磷酸化通路的活性,使得機(jī)體更快產(chǎn)生高親和力的細(xì)胞。這也是科研領(lǐng)域第一個被報道具有促進(jìn)B細(xì)胞的正向篩選和抗體親和力成熟功能的化學(xué)小分子。
“正常情況下,大家打了疫苗以后,就等待機(jī)體自己作應(yīng)答。有的人可能會應(yīng)答,有的人卻打完疫苗后也不會產(chǎn)生什么抗體——也就是說,完全取決于個體本身。那么,有了這樣的小分子后,我們就有可能可以人為干預(yù)這個過程,加速身體產(chǎn)生抗體。”
這些發(fā)現(xiàn)讓他們高度興奮。數(shù)月后,陳鈿雨的名字再次出現(xiàn)在了另一本重要期刊Immunity上——10月8日,西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院徐和平課題組與何丹陽課題組在Immunity雜志在線發(fā)表題為“Early developing B cellsundergo negative selection by central nervous system-specific antigens in themeninges”的研究論文,揭示了一條B淋巴細(xì)胞在腦膜中進(jìn)行發(fā)育和陰性篩選的全新途徑——陳鈿雨再次成為文章的共一作者之一,而這項成果在同行中得到了很高的評價。
目標(biāo):繼續(xù)瞄準(zhǔn)免疫記憶
作為一個典型的“科研派”,陳鈿雨完全適應(yīng)并享受著“西湖生活”:每天九點左右進(jìn)入實驗室,孜孜不倦地樂在其中,直到晚上十點再告別。
入學(xué)短短一年多,就“初戰(zhàn)告捷”,陳鈿雨的“秘訣”是什么?
“沒有‘秘訣’!如果一定要說有,那就是我很早就想好了要走這條路!”
陳鈿雨是寧波人,本碩都就讀于浙江大學(xué)生物信息學(xué),他很早就規(guī)劃好了自己未來的路:讀博。在與相關(guān)領(lǐng)域的幾位博導(dǎo)交流后,陳鈿雨發(fā)現(xiàn)在西湖大學(xué)這所“鄰居”學(xué)校里,藏著一位與他非常match的PI:生命科學(xué)學(xué)院博導(dǎo)徐和平。
徐和平博士畢業(yè)于清華大學(xué),在美國辛辛那提兒童醫(yī)學(xué)研究中心以及哈佛-麻省理工Broad 研究所開展博士后研究工作。曾獲得美國白血病和淋巴瘤學(xué)會學(xué)者獎等多項榮譽(yù)和國家海外高層次人才計劃、科技部重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家等項目的支持。
“我發(fā)現(xiàn)徐老師對實驗室的構(gòu)想、研究方向,跟我想的都比較吻合。他會結(jié)合計算生物學(xué)的手段來研究免疫學(xué)的課題。而我在博士階段想做一些數(shù)據(jù)分析與實驗驗證相結(jié)合的課題,徐老師非常支持我的想法。”陳鈿雨說。
徐和平實驗室
而關(guān)于未來,這位年輕的科研工作者思路清晰:“我希望通過博士這一階段的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,能夠成長為一名獨立的、合格的scientist。對于研究的方向,目前主要聚焦于免疫記憶,探索B細(xì)胞在發(fā)育和親和力成熟后的命運決定機(jī)制。”
實際上,陳鈿雨的理想從未變過——遵循自己的興趣,不斷探索未知。
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