一個藝術家,讓中國的精準醫學打破了國外的技術壟斷,真正精準了起來。是的,你沒有看錯。本期大國匠心要介紹的嘉賓是張弓
動畫師的覺醒
2003年,張弓在北京水晶石公司任職三維動畫師,每天用寫程序的方式做著各種精美的3D動畫。彼時,北京正在準備迎接奧運的火熱建設中,張弓作為主力人員參與了不少地標建築的視覺表現。其實大部分人都看過他的作品,例如北京奧運場館、北京CBD、CCTV新樓的宣傳片,很多鏡頭都出自張弓之手。隨後他被任命為數字北京二期工程的技術開發負責人,在那個多數人都不知道顯卡和VR為何物的年代,他希望能做出一套系統,讓大家在虛擬世界中暢遊北京的每個角落,甚至欣賞到每個四合院的雕樑畫棟。
然而,非典爆發了。板藍根和白醋賣到脫銷,大家門窗緊閉足不出戶,可是北京街頭還是不時的響起救護車悽厲的悲鳴,不斷上升的確診人數和死亡人數讓人惶恐不安。
當時張弓和周圍的朋友都得了「輕度感冒」,吃什麼藥都沒用,三天後卻自然痊癒。結合基礎的病毒學知識,他判斷這是極低量的非典病毒入侵人體,不至於很快讓人死亡,因此免疫系統有時間進行對抗。有過「輕度感冒」自愈的人,應該都對非典病毒產生了抗體,無需擔心。而居家則應打開門窗通風,稀釋病毒顆粒,即便感染也不會嚴重。他將這些判斷和建議告訴鄰居,鄰居們紛紛照做,結果他所在的小區竟無一人感染髮病。
隨著每日疫情簡報,這亮眼的保護效果很快就被非典攻關總部注意到。對方向張弓發出邀請,希望他能去領導一個與非典病毒有關的研究。不巧的是,張弓家中正好有事,未能成行,但這件事給了張弓極大的震撼:「當國家危難之際,竟然要求助我這樣一個本科生,而且我並不從事生物學工作。中國的生物科技太落後了,人才太匱乏了。」
張弓
2003年4月13日,香港大公報援引俄羅斯院士的分析,認為非典是針對東亞人種的生物武器,這一下子點燃了張弓的戰鬥激情。「中國可以少一個動畫師,但如果能多一個生物學家,在未來的生物戰爭里,就多一份抵抗的力量,多一份生存的希望。」
於是張弓毅然從水晶石辭職,放下了蒸蒸日上、日進斗金的動畫師職業。9月份他考進了德國漢堡科技大學生物技術國際班,是班裡唯一的中國學生。他要成為一名真正的生物學家,提升中國的生物科技,在未來的健康威脅面前保護國人。
劍走偏鋒,改寫教科書
到德國開始上學的第一個月,張弓就被打擊了。原來憑他在國內學的那點知識,在新地方竟然連學渣都稱不上,得靠同學的幫助和挑燈夜戰才能勉強及格。因為經濟壓力,他在學校里尋找助研的崗位,因為以前做3D動畫時經常編程,所以幫助信息學系的一個博士做DNA計算機的研究,陰差陽錯地做出了當時最快的DNA圖論計算機,通俗地說,可以用DNA分子完成導航路徑的規劃,而且無論地圖多大,尋找導航路徑的時間都是相同的,而此時電子計算機可能早就冒煙了。隨後根據這一原理,他設計了一套可編程癌症疫苗並在試管中實現:利用DNA在細胞中監視突變,一旦發現有致癌突變,立刻組裝毒性基因殺死這個癌化的細胞。這簡直就是對抗癌症的夢幻武器。這些成果被寫進了德國的教材《DNA計算模型》(後被清華大學出版社引進翻譯出版),DNA發現者之一的Francis Crick先生毫無疑問地表示要最先購買這本迷人的圖書。
然後張弓就被導師帶到了慕尼黑的馬普生化所(德國的馬普所相當於中國的中科院),開始攻讀博士學位,課題是研究一個蛋白質的三維結構。但張弓用盡了所有招數,這個蛋白質就是生產不出來。將近一年,他始終卡在這一問題上。按馬普所的規定,將面臨被開除的境地。與此同時,經濟的困窘也讓他的生活舉步維艱。他不得不租住在一間70年歷史、四面漏風的老房子裡。2006年慕尼黑的冬天格外寒冷,氣溫達到-14°C,而他沒錢燒暖氣。他的第一任妻子因為無法忍受這困窘的生活離他而去。此時張弓已經準備退學,開始向國內的3D動畫公司投簡歷。
臨走前,張弓想給自己一個理由,想知道實驗為什麼做不出來。一個星期六的下午,他呆呆地看著詭異的實驗結果,憑著對數字和圖形關聯的敏銳,他忽然意識到可能是核糖體在翻譯mRNA時走走停停,造成全長蛋白質無法生產出來。他編了一個程序,理論計算的結果竟然跟實驗基本對上了。他拿著結果準備最後找導師討論一次。
結果導師欣喜若狂,讓他接著這個理論做下去。最終,張弓證明了胺基酸序列不能完全決定蛋白質的摺疊,翻譯速度也很重要,並且在整個基因組中都是如此。
後知後覺的張弓,直到2009年博士答辯時才意識到,他的研究改寫了獲得1972年諾貝爾化學獎的「安芬森原則」。
在此基礎上,張弓的腦洞越開越大。2011年,他回到暨南大學,建立了翻譯組學實驗室,正式提出「翻譯組學」的概念,將生命中的「基因組-轉錄組-翻譯組-蛋白質組」各層次完整地連接起來。但由於技術難度過高,幾乎沒有人相信這個剛回國的年輕人能做出來。一年後,張弓團隊首次完成了人細胞的翻譯組學深度測序,並在隨後的兩年里開發出了細胞內翻譯系統幾乎所有部分的全局測定技術,正式建立「翻譯組學」新學科領域,這是近代以來中國科學家第一次在分子生物基礎領域建立新學科。
2014年,翻譯組測序技術被列為人類蛋白質組計劃(HPP)的核心支柱之一。2017年9月,張弓代表中國蛋白質組學界,在HUPO 2017世界大會上,將「發現數千個人類新蛋白」的成果向業界宣告,重新注釋了人類基因組,獲得了國際上的高度關注和廣泛讚譽。2016年,張弓的翻譯組學被寫進了國家統編教材《基因工程原理與技術》。
兩次改寫教科書,還遠不是終點。