漫留华表语:我的“青葱”博士生涯

本文为CNCP(中国计算蛋白质组学)邀稿,回顾五年博士生涯。


答辩后,在海量的斧正中,被贺老师和常老师安排了自我“主成分分析”的“课题”。身为竞赛、高考一路上来的“做题家”,本当是对“写作业”手拿把掐——没想到,回顾往事不止“不堪入目”,简直是“惨不忍睹”。还得感谢唐淳老师一路以来的“纵容”和时代浪潮的托举,才摸爬滚打到了今天这个地步。

过了五年,我和唐老师都变圆了不少


少年游:疫情改变的轨迹

在进入唐老师课题组前,我对生物可以说是完全“一无所知”。高中阶段,我三年都投入了化学竞赛,但终究还是通过高考才得以进入北大;入学时发奋图强,考进了年级前五,然后飘了,毕竟竞赛的时候总隐隐觉得化学和生物是下游学科(那时候还是“四大天坑”),物理、数学、计算机才是“人上人”,于是辅修了物理,结果险些不及格——最后还是勉勉强强拿到了辅修证。回看当时的“中二发言”,真恨不得把头埋在地里。

沿着故辙,我也应该和绝大多数前辈一样,出国实习,然后找一个国外的课题组读博——然后,2019年的冬天,一切都改变了。

被疫情困在家中是烦闷的。连小我20岁的弟弟都能正常上幼儿园,而陪伴我的只有一小方液晶屏。游戏很快就玩腻了。于是一个完全不懂代码的人,居然从头开始学起了服务器运维——那是为数不多、居家可以流畅学习的内容。动力很简单,就是玩游戏,不过还可以改游戏,甚至自己写游戏。那时候响应国家号召,各大服务商给学生免费送云服务器,这就是我的启蒙了。

我父亲、爷爷都做过厂里的工程师,也许是血脉觉醒,我发自内心地感到快乐。很快,我做的就不止于游戏了。那时候也还没有大语言模型,我从早到晚地上网搜索、看视频和文档,学习怎么使用git部署仓库,然后写文档总结成果。如今看来,要花一整天学这种“1+1=2”的粗浅功夫,可真是没眼看,但那时学习的快乐是真真切切的。

返校,毕业设计我特地加了点单片机和机器人控制的工程实现,课题没要求,内容也很糙,但那是我最享受的部分。

毕业前夕,刚到化院不久的唐淳老师邀请我去他的实验室。看到我的个人主页(http://jiangyida.top)唐老师很欣喜,说实验室正缺一个运维,而且有不少仪器需要人维护,我过去就能有活干。于是我也没多想,马上答应。以一个“工程运维”的身份,我就高高兴兴地跳进了“生物学”的“大坑”。零基础,还进入我最“不齿”的“生物学”领域,回过头来真是想也不敢想。

当然零基础这事儿很快也就暴露了,我在唐老师的《生物物理化学》课程上两眼一抹黑,让唐老师的白头发又多了几根。

2020年空荡荡的校园、闲无事的湖水,以及“不合时宜”的散漫


采桑子:为赋新词强说愁

博士研究生自然要学着怎么做研究,可我一知半解、一头雾水、一问三不知,也是没辙。唐老师只能先给我几篇相关文献,找找感觉。

也许是“做题家”本能发作,还真给我找着了古怪:Juri Rappsilber(Anal. Chem. 2019) 和 Sinz (Anal. Chem. 2018)都用BSA和SDA做过光交联,可我怎么比,都觉得二者的结果对不上;后来找到了Woo (J. Am. Chem. Soc. 2021) 对烷基二氮丙啶(diazirine)的反应机理解释,又隐隐觉得其中有些古怪,细节没说清楚。冥思苦想之下,化学直觉告诉我是现有的光反应机理没弄明白,里面的光条件对结果有影响;问了几个同学,都觉得我的解释说得通。于是就请教了当时给我上课的王初老师,王初给我推荐了同级的刘亦成,让我了解光反应质谱的实验技术。看到紫外光反应箱后,我意识到这玩意儿很“非标”,不同实验室间的光条件应该是大不相同的。

接下来就是验证。我首先调研文献,预测几个可能的光反应机理及他们对不同光条件的相应行为,然后用岛津三重四极杆质谱做表征。因为整个领域对我几乎是全新的,分析实验这块出了不少洋相,还好疫情期间用的人特别少,我可以7×24地试错(这般宽裕的机时如今完全不敢想)。一开始的数据特别差,实验室内只有我坚定相信结果是阳性的,不过唐老师还是“纵容”我继续试错。后来,终于有一次,碰到了分析平台的聂洪港老师。聂老师看了几眼就指出了我过去实验中的多个重大疏漏,然后指导我采用在线实验的连续测量方法以增大通量、减小误差,并帮忙搞定了在线装置的关键部件。于是整个实验“驴车改火箭”,瞬间“一飞冲天”了。

模型试验验证完毕,剩下的就是大通量地跑批次实验,在全部模式肽段上获取光反应质谱数据。没想到,我的工程技能真起了作用,我自己攒了一整套自动化分析系统,单片机做总控,零件3D建模打印,光源定制,摄像机远程控制……系统设计完毕后组装一次成功,整个实验瞬间就成了。回想起来,之前做的大半年实验简直“毫无意义”,自动化系统两三天就能跑人工三年五载的数据了,效果还更好,不含操作误差。回头来看,这套装置也没啥技术难点,但还真没这样的商品化设备,在线监测光反应动力学的文章也鲜有报道。于是给它申请了专利(CN 222482167 U)。可惜我的这套“得意之作”不但没再能找到其它发挥场景,而且最后连正文的主图都没上,但山穷水尽又柳暗花明的醍醐味,至今还是难以忘怀。

数据都拿到了,难的是分析。光反应的物理化学方程推导和拟合,简直是化学竞赛中的化学竞赛,让我一瞬间又梦回高中做题现场,只是这次连参考答案都没有。推了一周公式,终是找到了数学解。想不到,辅修的物理这时真的有用!只是这堆晦涩难懂的公式后来也只能被塞进SI雪藏,再也没有拿出手的机会了。

核心实验和分析做完了,天真的我以为大功告成,毕业指日可待。没想到,写文章才是真正的难关:“欲说还休、欲说还休,却道天凉好个秋!”且不说初稿的主体内容鸡同鸭讲、不知所谓,英文转译更是佶屈聱牙、狗屁不通,很难想象唐老师读到时的心情状态。总之,唐老师以“物理化学公式部分需要好好研究”为由,花了大半年,给我的文章来了几遍大改;后来又得到董梦秋老师点拨。一百多版后,我的初稿几乎一字不剩,投稿几经波折,终于发表在了 Nat. Commun. 上(10.1038/s41467-024-50315-y)。

文章发表后,同学微信告诉我别的导师在课题组里阅读并高度评价了我的文章,内心还是有些窃喜。思来想去,其实功不在我,主要还是“天时、地利、人和”,缺一不可。况且我最得意、最用功、最喜欢的部分,反而都不在正文;想要解决既有的技术问题,最终却是发现了更多问题。“文章本天成,妙手偶得之。粹然无疵瑕,岂复须人为”,我这百转千回才拗出来的“首秀”,写作和研究水平还差得远呢。

探索在线监测系统时的模型机,从早到晚的理线也令人陶醉


浪淘沙:今年花胜去年红

第一份工作管中窥豹,用模式体系给出了明确的光反应动力学参数和残基偏好性,但终究还是呆在自己的舒适圈里,没有勇气去挑战太复杂的问题。靠着文章去各种校内、校外做了几场学术报告,清晰地认识到了先前工作粗看璞玉韬光,实则顽石一块,还需要太多的打磨,才能焕发光彩。

首先是国家奖学金的答辩会,有老师专门指出,我先前使用的交联剂如SDA,仍然有至少一端需要通过生化反应固定到蛋白质上,本质上还是一种化学交联,最多算作单端光反应;如果我要体现光交联的优点(时空分辨率高于化学反应、可以原位诱发等),那就必须要做“真正的光交联”,使用双端反应基团都是光反应的交联剂。当时的我回答不上来,答辩以一名之差遗憾落选。好在中央提出增加国家奖学金名额,真让我“候补”到了奖学金。

其次是国自然青年研究基金(博士生项目)的申请过程中,院内的评委老师们直接指出了我的生物学实践不足,没有“讲好故事”。多次增删后,有幸赴昌平答辩。会场像风雨欲来前的水面,无比平静却又躁动满溢。熬到我时,原本坐满数百人的等候厅已空空如也,我是最后几位。专家们兴许也都饿了,很平和地听完我的报告,然后重点问了问我对项目(尤其是应用层面)的理解和思考,就提前结束了答辩环节。一周后收到消息,我入选了。

既然拿到了项目,肯定不敢怠慢。和唐老师讨论了下,我逐渐意识到现有光交联实验是在沿着化学交联的轨道行进,这肯定是一条“不适配”的轨道,纵使大家意识到情况如此,也难以去“脱轨”找一条新方向。想要仔细审视光交联和化学交联技术的交叉与分歧点,涉及到的技术细节又太多,绝对不是我一个人能够解决的。建立基于双端光反应交联剂的新方法,在热门的蛋白质自聚集体系中找新现象、新结果,可能是迭代光交联技术方案的切入点。

双端光交联剂在合成上算不上很困难,我猜想还是因为光反应质谱的分析难度较高,前人未能成功。事实也果真如此:研究初期,数据分析屡屡碰壁。有一段时间,我几乎是天天骚扰维护pLink3的毛鹏志,也得亏鹏志不厌其烦,给我仔细答疑解难,很快让我找到了光交联和化学交联的一个重要分歧点:烷基二氮丙啶光反应位点的天然可断裂性。SDA和LC-SDA等常用光交联剂都有1-羰基-4-二氮丙啶的结构,这使得其容易形成分子内五元环的中间过渡态,既有利于重氮的离去,也能够作为逆反应在质谱内离去极性官能团,产生侧链断裂。这意味着过去光交联的海量“噪音”实质上是侧链断裂后的“信号”,而pLink3支持将其纳入搜索空间之中。这意味着,光交联是“天然可断裂”的,额外引入可断裂官能团(例如 Stephen D. Fried, Anal. Chem. 2023)并非必需。随后,我根据光交联的侧链断裂特征,改进了光交联的搜索工作流,很快就实现了双端光交联数据的成功解析。

应用层面,我对生物实验依然所学甚少,不得不寻求外部的帮助。在唐老师的牵线搭桥下,我在中国科学技术大学黄成栋教授课题组惠赠的重组纯化的HSP90β体系中取得了可观的结果,并经师母介绍,在浙江大学医学院实验室内,由梁富翔师兄协助完成了HSP90的原位光交联和免疫共沉淀,相关成果近期发在了Nat. Commun.上(10.1038/s41467-026-73272-0);再者,唐老师还引荐了清华大学的李艳梅老师,我跟着赵甜博士进行了TDP-43的光交联实验,收获了令人惊喜的结果。另外,计算、模拟部分也得到同组赵润涛师弟的股肱协力。不由再次感慨学海无涯,和我之渺小。

在实践中,我发现光交联是大异于化学交联的,而且的确能解决部分体系的特殊需求(如不含Cys、Lys、Arg的蛋白质序列、需要时空分辨的动态系统等),给了我不少信心。可真要和化学交联“脱轨”,新问题远比我已解决的问题多得多得多。回过头去,弯弯曲曲的来时路真是惨不忍睹。好在是“光反应”,前途是光明的。思来想去,还是决定接着干,申请了博雅博后,继续做“首吃螃蟹”的“愚者”;把唐老师的白头发,转移几根到我自己头上。

2024年,首次登台作报告,毫无经验,只能“用力”去讲


定风波:竹杖芒鞋轻胜马

不过,博士五年的收获,远不止是科研。虽说无非每日办公室-户外-宿舍的三点一线,不过户外是我过去五年不可割舍的一部分。

我的兴趣源于中学。高三的时候,为数不多的快乐就是牺牲宝贵的睡眠时间(毕竟周末也是要备考的),每周五晚上和舍友去环西湖。刚到北京的时候,还是雾霾连天、沙暴蔽日,课程外也没有多少余裕;直到博士研究生阶段,疫情的束缚加上天气的变化,让我又拾起了户外的爱好。

很多对课题的思考,都是在北京的暮风中产生的。一开始是借同学的山地车骑行,后来“长借不还”,再往后就干脆自己买了一辆千元的入门级公路车。唐老师听说了我骑行的嗜好,专门带我去房中鉴赏了他从美国肉身扛回来的“名驹”,然后赠送了我一个头盔,以保护我“重要的大脑”。于是这顶头盔见证了我从香山、西山、京密引水渠的训练,到后来的戒台寺、妙峰山、密云、天津的一日往返,真切地感受到了社会主义的伟大基础设施建设。每当课题行进到最烦闷的时候,骑行总可以给我找到一个情绪和理智的出口。顺着这个契机,唐老师又给了我一个非比寻常的机会。

2025年,唐老师邀请美国科学院院士Martin Gruebele作报告。Martin Gruebele教授还是一个“铁人”,当时已经完成了22场铁人三项赛、一场艰苦卓绝的恶水超级马拉松以及横跨美国马拉松,并在多个赛事中取得冠军。时隔17年来华,他特别提出想再去一次长城,还要“再次”骑车去——于是这个陪同任务就落在了我头上。不出意料地,我被院士狠狠拉爆了,不过Martin Gruebele真的超级nice,不但给我破风,还给我讲17年前这路是如何不平的石子路,如今已经是条条通衢;又给我分享铁人运动的经验、做科研的趣事;还谈做人、成家、立业的道理。在我气喘吁吁地返回后,Martin Gruebele还精神满满,要去中科院再做两场报告。大丈夫当如是也!从此以后,我心里就多了一个偶像。

那之后,我先后挑战了琵琶湖、东钱湖、千岛湖、太湖环线;也尝试了徒步、越野。汤汤川流,悠悠天地,万水千山,吾亦可及。大半年后,我给Martin Gruebele邮件汇报了我在锻炼上的成果,院士的回信除了赞许,也感慨岁月不饶人。

正是前人破风的背影,激励着后进追迹而上。

和MG登居庸关长城的合影,得亏MG一直等我,终于是跟着完程了


尾声

毕业最精神的事是答辩,总时长达3小时20分钟,虚脱。结束的时候多少有些寂寞,感觉像是被落在天空中的雏鸟,得学着自己飞了。

毕业采访,每个人都要说一个关键字。听到同学们的“收获”“惊喜”“疲惫”“青春”等词语,我的第一反应却是“成长”。每每回看上一阶段的总结,都不忍卒读;但也是每个阶段总结后,就发现新的突破。俗话说“母不嫌子丑”,看着自己和课题一点点成长起来,很充实。

采访人问,那会有遗憾吗?如果我高中没有选择化学竞赛,如果我没有被疫情改变轨迹,如果我遇到的不是唐淳老师,我又会过上怎样的人生?无从想象,但不遗憾。

那对今后的期望呢?看不真切。只是觉得户外运动必须要坚持,只有亲身己力到达目的地才行。读到CNCP文集里一个个熟悉的名字,又觉得传说故事也并不遥远。

最后,照理是毕业祝福环节。各奔东西,想起九年前和五年前的散场,一阵恍惚。兰亭已矣,梓泽丘墟。当怆然而涕下,但做不到。

马滑霜浓,不如休去,直是少人行。可终究还是要出发。

再次感谢贺老师和常老师的邀请,在这个特别的时间,留下了一份微不足道的纪念。童子何知,躬逢胜饯;前程浩浩,聊以为记。

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