庄小威:用物理之光照亮生命之谜|她带出了得意门生何江、张锋…

天才少女、中国科学技术大学少年班、 美国麦克阿瑟基金会“天才奖”……每当提起“庄小威”这个名字,首先映入我们脑海的关键词似乎都与她的“天才”身份脱不了干系。

天才少女

庄小威的父母都曾是中国科学技术大学的教授。或许是先天基因优势使然,她比别的孩子更早发展出了对于科学的热爱。中学时代,庄小威曾获得全国中学生数理化竞赛第一名。1987年,年仅15岁的庄小威便从中国科学技术大学少年班预备班毕业,以高考状元的身份进入中科大少年班就读。学习期间,沉醉于物理逻辑与严谨之美的她,秉着不放过任何细节的学习态度,“一不小心”竟在四大力学课程中全部拿到了满分,这段佳话至今还在中科大流传着。1991年,还不到20岁的庄小威便已获得了中科大物理学学士学位。

庄小威:用物理之光照亮生命之谜|她的得意门生何江、张锋...

毕业之后,庄小威继续赴美深造。听从了杨振宁先生的建议,她选择了“看得见”的实验物理学。按她自己的话说:“我比较喜欢看得见的东西,因为看到了你就相信了。”这一理念也深深融汇在了她日后的科研工作中。

既是兴趣使然,又像是冥冥安排,在加州大学伯克利分校攻读博士的她很快就迷上了非线性光学。进入斯坦福大学就读博士后期间,她师从物理大师朱棣文(1997年诺贝尔物理学奖得主)。受到鼓励和启发的她决定潜心研究,并开始跨界生物领域。尽管起步非常艰难,甚至让她一度怀疑起自己的能力,但面对一次又一次的挑战,庄小威总能凭着她那颗对科学探索纯粹而炽热的心顶住压力,破除困难。在她看来失败和成功同样都可以归零,大不了一切从头再来。正是这三年的博士后研究经历,为她日后的科研夯实了基础,从此开启了从物理学迈进生物学的大门。

用物理之光照亮生命之谜

2001年,结束博士后研究的庄小威被聘为哈佛大学化学与化学生物系、物理系双科助理教授。期间,她良好的物理功底启发她将带荧光标识的分子探针附着到病毒上。当用激光照射时,这些探针便会发出特定的彩光。再借助于显微观察,她详实跟踪记录了单个病毒的侵染行为,让人们首次“看到”了单一枚流感病毒入侵细胞的全过程。她也因此获得了奖金50万美元的麦克阿瑟“天才奖”,并于2005年成为美国霍华德·休斯医学研究会(HHMI)研究员。

流感病毒侵入单个细胞时的荧光图像

流感病毒侵入单个细胞时的荧光图像

2006年,34岁就晋升了正教授的庄小威在哈佛成立了专注于生物医学领域光学成像的“庄小威实验室”。同年,她在《自然》上发表了发明了突破光学衍射限制的随机光学重建显微技术(STORM),使得光学显微镜分辨能力接近纳米尺度,极大地推动了亚细胞结构的研究。该技术在她的带领之下不断得到发展与改进,成为了探索前沿生物领域,尤其是单细胞转录组、染色体和单分子成像的重要工具。

2012年,庄小威当选美国科学院院士。此前她还被聘为中国科学技术大学“大师讲席”教授。现在她的团队每年都会在《自然》、《科学》和《细胞》等重量级学术期刊上发表多篇文章,不断拓展着人们在生物界的视野,为我们揭开一张又一张生物界的神秘面纱。

没有一个问题是笨问题

人们最初了解到庄小威这个名字,或许还不是通过关于她本人的报道,而是她的那些“得意门生”。比如首位在哈佛发表毕业演说的中国大陆学子、出身自湖南农村的“哈佛学霸”何江;又比如参与构建光遗传学(Optogenetics)、基因编辑技术CRISPR-Cas9的研发先驱张锋。他们的卓越成绩也是对庄小威本人的极大肯定。

庄小威与何江

庄小威与何江

庄小威一向鼓励学生独立思考。在她看来,“没有一个问题是笨问题,一百个问题中总会有一个是聪明的问题,这个聪明的问题也许就是一个很大的科学发现。”同时她也鼓励学生做科研时不要把分数看得过重,戒急戒躁,要多用长远的眼光分析问题。事实上,不只是对学生,一路走来,每天除了吃饭、睡觉,其余时间都泡在实验室的庄小威又何尝不是这样要求着自己。


视频《哈佛毕业生何江的上学路:从农村到哈佛 好奇心带我前行》

2017年1月15日,未来论坛2017年会上,庄小威教授将作为青年领袖发表主旨演讲。当年,少年班的同窗曾形容生性活泼伶俐的庄小威有史湘云的神采。这一次,我们将与这位横跨物理与生物界的“女中豪杰”面对面,听她分享自己奇妙的学术人生。

未来论坛2017年会&首届未来科学大奖颁奖典礼

————————————— 氧分子网延伸阅读 —————————————

庄小威:34岁的哈佛正教授

庄小威,1972年生人。1987年, 15岁时考入中国科技大学少年班。1991年毕业赴美,1997年,在加州大学伯克利分校拿到物理学博士学位。2001年,被聘为哈佛大学助理教授。5年后的2006年初,成为物理和化学系的双聘教授。此前曾获得2003年“天才奖”,是第一位获此荣誉的华人女科学家。

南方人物周刊记者 李宗陶 发自上海

庄小威长得有点像传说中的花木兰,英气逼人。加州六年的水果滋养,给了她好皮肤,分子世界的趣味,让她一点一点绽放出美丽来。

中国科技大学校长朱清时很记得87级少年班的这个女孩子,记得她在2003年10月19日回母校做的那场高质量的报告会,当时她刚拿到美国麦克阿瑟基金会当年度的“天才奖”。

报告的题目有点拗口,叫《展现单个核糖核酸酶分子的折叠和单个流感病毒的感染过程》,但庄小威的“讲故事”让包括外学科在内的所有听众都听懂了。

如讲到流感病毒侵入生物细胞时,她在台上走来走去,模拟分子运动的情形;她还模仿病毒对细胞说:“I’m here, Take me in。(我在这儿,让我进来)”“but how does the virus get itself in? I’ll tell you…(病毒如何进入呢?我来告诉你)”她带领大家由浅入深、渐入主题。

她还将幽默感注入这个自然界的微小动作:“I think the influenza virus is really smart, and the cell is quite stupid。You know, the virus simply manages to enterotnithe cell, and all the rest work(of the infection) is actually done by the cell itself。(我认为流感病毒相当聪明,而细胞挺笨的。要知道,病毒只想着要进入细胞,而余下所有的感染动作都是由细胞自身完成的。)”

她的研究方法、实验原理、装置、结果、分析,逻辑清晰,简洁紧凑,充满科学精神,尤其实验中拍摄到的分子运动的短片,让同行赞不绝口。一位少年班女生望着自己仰慕的前辈说:“我就想从庄教授这里学习怎样做研究,怎样做好自己的学问。”

● 天才科学家

庄小威的研究,是要探明生物体系中单个分子或单个粒子的运动表现。庄小威创造性地将荧光光谱和显微分析技术应用于单个分子,这种崭新的物理手段,使得实时揭示复杂生物过程中的分子个体及其运动步骤成为可能。更多庄小威解读:www.yangfenzi.com/tag/zhuangxiaowei

这要拜跨学科所赐的灵感。事实上,庄小威完全转入了另一领域的研究。她19岁在中国科大拿到本科学位,然后赴美,在加州大学伯克利分校拿到硕士和博士学位,这些学位都归属物理学。1997年之后,她在斯坦福大学师从诺贝尔物理学奖得主朱棣文进行博士后研究时,才偶然与化学、生物学科的合作伙伴一起开始做一些跟踪分子行为的实验,但几乎有整整一年时间只是在摸索试探,什么结果也没做出来。

庄小威:用物理之光照亮生命之谜|她的得意门生何江、张锋...

2001年,庄小威被聘为哈佛大学助理教授。她的物理根底启发她将带荧光的分子标记物附在病毒上,当用激光照射时,标记物发射出特殊的彩色光。用这种方法,借助显微镜,她详实跟踪了单个病毒的行为,也跟踪了诸如蛋白质和核糖核酸 (RNA)片断这样的单个分子行为。她拍摄到单个流感病毒的连续影像,这是世界上首次记录到病毒的各阶段过程。

50万美元的麦克阿瑟“天才奖”因此向她垂青。她是24个获奖者中最年轻的一位,而且是女性。

美国艺术与科学文学院(FAS)的科比先生预见了庄的研究对病毒侵入细胞机制的深入了解和对传染病研究以及药物开发的意义。他说,庄的研究如此引人注目,很高兴麦克阿瑟基金会注意到了“她的天才”。中国科学院院长路甬祥也代表中科院给庄小威发去贺信。

2004年,美国著名的《科技评论》杂志从来自美国、加拿大、英国、中国、韩国、新加坡、印度等国600余提名者中,评选出在纳米技术、计算机与通信及生物技术领域从事前沿技术研究的、年龄在35岁以下的100名青年创新者,庄小威名列其中。

2005年3月,美国霍华德·休斯医学研究会(HHMI,一家为全美科学家提供资助的富有卓越声望的非盈利型研究机构)从全美300多位提名人中选出43位生命科学家(当选者称为HHMI研究员,基本代表了美国生命科学及其相关交叉学科领域最活跃、最富创新能力、最高水平的研究力量,迄今341位当选者中,10人是诺贝尔奖得主,100多人是美国国家科学院院士),在未来7年中向每位提供700万美元的资助。庄小威和科大校友骆利群榜上有名。

“在科研领域搭建关系网络并不是最重要的,在博士和博士后阶段更应该专注于课题研究,成功的研究成果一定会引起别人的关注,功到自然成。”庄小威这样解释她的“顺”——博士后结束时,她拿到美国七所大学(哈佛、麻省理工、耶鲁、普林斯顿、康奈尔、加州理工、加州大学洛杉矶分校)的offer(录用通知书),而此后她总能顺利获得研究资金。

2006年初,庄小威晋升为哈佛正教授,34岁的正教授。她在哈佛大学建立了以自己名字命名的单分子生物物理实验室,带领21名博士、博士后研究流感、艾滋病、SARS等病毒侵入宿主细胞的过程。在实验室团队的网页上,她着无袖红色恤衫,戴着墨镜眺望远方,极其舒展。朋友们这样说她:“在课题研究之外,庄小威是一个活泼的女青年。”

● 静下心来做学问很关键

在庄小威的字典里,动力、眼界和深度思考是三个关键词。

“我从小喜欢科学。”庄小威的早期教育,是个性与顺其自然的结合,她顺着自己的心意和兴趣,保有了strong motivation(强烈的动力)。

庄小威的父母退休前都是中国科大教授,母亲朱仁芝提起女儿,心满意足:“她小时候在江苏如皋跟爷爷、奶奶生活了5年,到5岁多时我们才接回来。小威没有上过幼儿园,拼音识字是我们在工作之余教的。我们落实政策以后分到合肥中国科大,小威就直接上了科大附小二年级。”

庄小威自小聪明伶俐,勤奋好学。5岁多时,父母上班不在家,她自学了炒青菜、打扫卫生等家务活。初中时,年龄最小,但各门功课都拔尖,曾获得全国中学生数理化竞赛第一名。后被推荐到北京景山学校上了半年中国科大预备班,13岁转入离家较近的苏州中学科大预备班。以高考600多分的
状元成绩考进少年班之后,她的成绩也一直名列前茅,数学、物理常拿满分。

少年班同学毛珺婕回想起19年前初见留着短发,热情爽朗的庄小威,觉得她不像苏州美女,却有几分枕霞旧友史湘云的神采。

“小威得天独厚,虽然读书无数,视力却是1.5。有时在宿舍里,大家都伏案用功,她躺在上铺的床上看书,还能看见我们书上的字。小威还有个一心两用的本领,一边听三国评书一边做原子物理作业,这些都让我们好生佩服。”

做科研是很辛苦的事,对自己的学问有热情,才有动力,保持动力是化解困难的秘诀。每当遇到梗阻,庄小威就勒令自己忘掉过去的成功和失败,一切从头开始,从不轻言放弃。在哈佛大学工作以来,她一周七天,每天都从早上10时工作到半夜12 时。她说:“除了吃饭和睡觉,剩下的时间都在工作。”

“由于中国传统教育方式有其弱点,以致中国人的创造性思维不够活跃,华人学生在此方面应注意调整。只要科研做得好,就一定会被别人承认,性别、国籍都不是关键。”庄小威建议后晋同行挑选对社会产生影响、能使多数人受益的课题,在研究时,务必深思,杜绝肤浅。

氧分子网(www.yangfenzi.com)是关注互联网生态圈的科技新媒体

·氧分子网(http://www.yangfenzi.com延伸阅读:

➤ 女科学家卢宇彤:超级计算机到底有多快?天河二号背后的故事

➤ 李飞飞专访:斯坦福人工智能实验室主任谈人生起点与AI梦想

➤ 女科学家颜宁开讲啦演讲稿:人生的意义在于你为世界留下什么

➤ 青年女科学家胡海岚探秘头脑特工队,揭开抑郁症等情绪病密码

分享给您的好友:

您可能还喜欢…

  1. 今年的诺奖如果分给庄小威一份完全没问题。

    但是诺贝尔每项奖金最多只能由三名得住分享,庄小威得与不得诺奖需要与埃里克·贝齐格(Eric Betzig)、威廉·莫纳(William Moerner)、斯特凡·黑尔(Stefan Hell)三位进行比较。要比较的话无非就是比较技术的开创性,技术相似的话重要的就是时间早晚了。

    Stefan Hell在1994年就发表文章阐述了自己的STED理论,并且在2000开发出STED显微镜,证明其可行性。像Stefan Hell这样既提出理论又将其实现,获得诺奖是没有争议的。

    William Moerner 1989年首次探测到单个荧光分子,在1997年找到控制荧光“开“和”关“的方法。单凭这两点,诺奖要颁给超分辨率荧光显微技术就必然少不了William Moerner。Moerner的成果无疑是具有奠基性质的。

    Eric Betzig受Moerner的启发在1995年发表论文提出利用不同荧光实现单分子精确定位的理论设想。经过一些波折之后,Betzig在2005年发现了一种可以随意开启或关闭其荧光的蛋白质。2006年Betzig利用自己的发现对之前的设想进行改进得到了溶酶体外膜结构的超高分辨率图像。

    庄小威的STORM和Betzig的PALM理论基础是一样的,实现时间也并不分早晚,关键在于Betzig1995年就提出了理论设想。虽然理论比较粗糙,但Betzig最终还是依据自己的理论实现了PALM。这样既有一定理论(且时间很早),又能实现,相对庄来说,Betzig更胜一筹。

    最后总结:
    庄小威的工作绝对是诺贝尔级别的,庄未获得诺贝尔奖确实存在争议,但还是比较公平公正的。Betzig 除了发明 PALM,早期还发明了近场扫描光学显微术(NSOM),原理上就不受阿贝衍射极限所限制。

    而 Stefan Hell 除了发明 STED,还发明了 4Pi,也是突破 200 nm 极限。当然仅 STED 一项就足够诺奖了,当之无愧。

    至于为什么不给庄小威奖,我猜是因为瑞典人觉得这是个化学奖,所以要找个化学家,于是就把 William Moerner 给硬拽进来了,即使他在 2009 年以前都没做过超分辨成像;也有可能是想给 Moerner 一个奖,于是拽进来了两个物理学奖,换了个名头。当然其他阴谋论的想法也不得而知。总之我是觉得挺不公平的。

    Eric早在96年就在OL上发了paper讲到这个超分辨率荧光显微镜的idea,后来05年朱棣文知道了他们在做这个就偷偷告诉庄小威让她赶快也做这个争取早于他们做出来,后来庄真的做出来了,并且她和Nature关系很好,发的文章从投递到epub只用一个月不到,比Eric早刊登出去,但是Eric投稿日期比庄早4个月。

  2. 庄小威的超级显微镜 vs 赵忠贤的高温超导

    消息传来,超级显微镜 (这里是俗名,学名是超分辨荧光显微镜)获得2014年诺贝尔化学奖,恭喜!

    其实很多人都看准了这个项目,连我在2012年都留下了笔迹:

    ***********************************************************

    2012-10-4, 我看到的一些诺贝尔奖级别的成果和工作

    6. 超级分辨光学显微镜
    德国马普学会一家研究所的阎王爷先生 Stefan W. Hell 发明的STED 技术(Stimulated Emission Depletion Microscopy),我觉得是板上钉钉要得,不知道是那一年。同时和这个竞争的还有 STORM和 PALM 技术。个人觉得后面两种以及变种不太靠谱,技术复杂后处理麻烦也不实用,纯粹玩玩而已。但是现在授奖很可能有纠结产生纠纷,因为给了第一个后面两个会有意见。反正大家都年轻,最好等几年,适者生存,如果后面的技术被时间淘汰掉了,诺奖委员会就好办了。
    科学网—庄小威 PK 张首晟,饶毅 PK 施一公,北大 PK 清华
    研究实现STED超分辨率光学显微成像,科学网—研究实现STED超分辨率光学显微成像
    席鹏: 如何实现光学超分辨,科学网—如何实现光学超分辨(八)– 大结局

    7. 双光子荧光显微镜和非线性光学显微技术
    双光子荧光显微镜的分辨率略微低于光学衍射极限,普林斯顿的3W大概1991年发明的,并申请了专利保护。这种显微镜非常实用,目前市场非常好。但是,你3W申请专利保护严重阻碍了市场的开发,后来的超分辨显微镜后来居上,青不是出于兰但是胜于蓝,你估计只有冷板凳了。你也去遗憾擦肩而过吧。

    跟这个紧密相关的是著名华人Sunny Xie 的非线性光学显微技术,如果没有超分辨显微镜,可望和3W 分享。现在只能空留遗憾了。
    总之,科学的进步不等人。

    ************************************************

    2012-8-23, 庄小威 PK 张首晟,饶毅 PK 施一公,北大 PK 清华

    庄小威名门出身,科大少年班毕业,美国有名校依托,两大名师撑腰:光学界赫赫有名的沈元壤教授,朱棣文教授(现在可是政府高官!),学术上弄出一个超分辨光学显微新技术(STORM),红起来了。 STORM 和 PALM 技术能否战胜 STED 技术而冲击诺奖,此话不好说。

    **************************************************************

    上面的内容比较浓缩,清楚阐述为:

    *普林斯顿大学的3W大概1991年发明的双光子荧光显微镜在科学上已经不够新颖了,够不上诺奖;

    *牛人谢晓亮(好像兼职在北大)的非线性光学显微技术在科学上已经不够新颖了,也够不上诺奖;

    以上两位遗憾去吧!

    超级显微镜目前有三种技术:STED, STORM和 PALM,我只看好 (阎王爷先生发明的)STED技术,而认为 STORM和 PALM两个技术实际上不靠谱。

    今天结果出来,有一点点出入,就是:

    *阎王爷先生发明的STED技术给了,

    *Eric Betzig 的PALM技术也给了,

    *但是庄小威的STORM技术栽了,还是从楼顶直接一头掉下来的!

    就这么点事儿,不耽误吃也不耽误喝,看起来起了很大的争议,置顶博文:

    诺奖获得者 Eric Betzig 在超分辨率显微镜方面的贡献不如庄小威

    我就耽误点睡觉和美梦,洗洗睡之前,我就多说几句。

    第一,Eric Betzig 的PALM技术有故事,有来龙去脉。

    90年代,Eric Betzig正在新泽西州贝尔实验室开发一种近场光学显微镜——另一种超级显微镜,采用亚波长尺度的光纤探针在距离样品表面几个纳米的近场范围进行扫描成像。如利用孔径在20-90nm的近场探针在样品上进行扫描而同时得到分辨率高于衍射极限的形貌像和光学像的显微镜。

    近场光学显微镜能够突破光学衍射极限,虽然不是非常强大。对细胞表面结构可以进行更精细观察。

    1995年,Eric Betzig认为近场显微镜不能继续提高分辨率,另外他认为不适合搞学术研究,就停止了学术职业,他从贝尔实验室辞职,但他又不知道该干什么,呆在家里,宅起来了。但是,光学衍射极限问题一直在他头脑中阴魂不散,当他在一个寒冷的夜晚散步时,一个新的想法来袭,是否可以用分子的不同性质来突破这个极限?例如可以发出不同荧光的分子。

    受到W. E. Moerner的单分子技术的启发,Eric Betzig很快使用近场显微镜实现了单分子荧光检测,然后他开始思考是否可以用普通光学显微镜检测能发出不同荧光的单分子。这个思路就是用显微镜对每种颜色进行分别照相,只要同一种颜色的分子距离没有小于Abbe光学衍射极限的0.2微米,最后将不同颜色的照片进行重叠获得不同颜色的照片,这样不同颜色的分子即使距离非常接近达到纳米水平,因为是不同时间采集的信号,所以可以进行精确区分。这正是突破光学衍射极限的理想办法。不过在当时在实施中存在一些问题,例如缺乏足够光学性质的分子。

    1995年,Eric Betzig在《Optics Letters, 20:237-9 (1995)》发表了他的理论思路(这个是一个重要的来源),便离开学术机构到他父亲的公司工作。此后多年,Eric Betzig与学术界脱离了联系。突然有一天,对科学的渴望再次让他返回了科学界。真正的突破发生在2005年,当他了解到能随意控制荧光蛋白,Eric Betzig意识到荧光蛋白的这种特征能帮助实现他10年前的想法。这些荧光分子不必要发射不同颜色,它们只需要在不同时间发射荧光就能解决问题。只用了一年时间,Eric Betzig就实现了这个技术,大功告成。

    第二,庄小威的STORM技术突然半路杀出来,把大家下了一大跳。真实的故事为(将来有待进一步确定细节):

    HBG 2014-10-8 13:31

    照ERIC团队说的—ERIC的BELL(贝尔实验室)老板(宇宙爆炸背景噪声NB)听说ERIC在自己家里做了超分的原型后,建议ERIC去NIH(美国国立卫生局)。他推荐ERIC的工作,告诉了STEVEN CHU(朱棣文,庄小威的老板和后台) ,CHU 告诉了他的PROTEGE 小薇。最后,ERIC的SCIENCE文章被REVIEW了快一年,小薇的NP文章只有2个月不到。为此,ERIC拒绝领ACS的奖。

    [29]HBG 2014-10-8 14:11

    刚又看了小薇的第一篇STORM (Aug。 NM2006)
    “AUTHOR CONTRIBUTIONS, M.J.R. and M.B. conceived the STORM imaging concept. M.J.R., DNA imaging and
    data analysis; M.B., RecA imaging and data acquisition. X.Z. supervised the project.“

    居然REVIEW了才24天, ERIC的PALM是4个月,但是据ERIC讲他们一年前就和SCIENCE的EDITOR有了联系。

    Betzig E, Patterson GH, Sougrat R, Lindwasser OW, Olenych S, Bonifacino JS, Davidson MW, Lippincott-Schwartz J, Hess HF. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 2006 Sep 15;313(5793):1642-5. Epub 2006 Aug 10.
    13 March 2006; accepted 2 August 2006

    Rust MJ1, Bates M, Zhuang X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Methods. 2006 Oct;3(10):793-5. Epub 2006 Aug 9. RECEIVED 7 JULY; ACCEPTED 31 JULY; PUBLISHED ONLINE 9 AUGUST 2006

    [36]何彦 2014-10-8 14:20

    庄小威没得奖很可惜,因为她确实为超分辨的发展和推广应用做出了巨大贡献,否则也不会40岁就评上美国科学院院士。但是,诺奖奖励的是最原创的发现。从其网站公告(见孙学军翻译)中可以很明显地看出来,Eric Betzig得奖的主要原因很可能是由于他1995年发在《光学快报》上的一篇概念性文章,尽管他当时并没有条件去实现这个概念,但10年后庄小威的STORM和他自己的PALM都可以被认为是这个概念的引申。换言之,诺奖委员会可能认为庄小威只是做了技术上的进步,而没有概念上的创新,即便庄小威当年做实验和写文章时也许并没有读过Eric Betzig的文章。这也给了咱们想拿诺贝尔奖的中国人一个启示:不要总是跟在CNS和外国人后面跑,不妨先玩出一个概念,哪怕是实验上做不出来或做得不够好,只要把坑先站住了,20年后也有可能拿奖!

    据此,真想大白!可以洗洗睡了。

    我想到当年,赵忠贤通过新华社宣布,中国在世界上实现了高温超导(当时是铜基的YBCO,不是现在的铁基),也是差点拿了诺奖的。其实大家都知道,朱经武已经在实验室里面做出来了,但是朱在申请专利,这需要时间,由于友好关系,消息传给了赵忠贤,导致加班加点地干,实现了中国的高温超导成绩。
    两则故事,道理完全一样的。

    都不应该得到诺奖。

    阎王爷今天得到了诺奖,他会很高兴,相信将来不会太残酷惩罚耍弄小聪明/精明的人。

    万般皆下品,唯有人品高!

  3. 庄小威的超级显微镜 vs 赵忠贤的高温超导

    消息传来,超级显微镜 (这里是俗名,学名是超分辨荧光显微镜)获得2014年诺贝尔化学奖,恭喜!

    其实很多人都看准了这个项目,连我在2012年都留下了笔迹:

    ***********************************************************

    2012-10-4, 我看到的一些诺贝尔奖级别的成果和工作

    6. 超级分辨光学显微镜
    德国马普学会一家研究所的阎王爷先生 Stefan W. Hell 发明的STED 技术(Stimulated Emission Depletion Microscopy),我觉得是板上钉钉要得,不知道是那一年。同时和这个竞争的还有 STORM和 PALM 技术。个人觉得后面两种以及变种不太靠谱,技术复杂后处理麻烦也不实用,纯粹玩玩而已。但是现在授奖很可能有纠结产生纠纷,因为给了第一个后面两个会有意见。反正大家都年轻,最好等几年,适者生存,如果后面的技术被时间淘汰掉了,诺奖委员会就好办了。
    科学网—庄小威 PK 张首晟,饶毅 PK 施一公,北大 PK 清华
    研究实现STED超分辨率光学显微成像,科学网—研究实现STED超分辨率光学显微成像
    席鹏: 如何实现光学超分辨,科学网—如何实现光学超分辨(八)– 大结局

    7. 双光子荧光显微镜和非线性光学显微技术
    双光子荧光显微镜的分辨率略微低于光学衍射极限,普林斯顿的3W大概1991年发明的,并申请了专利保护。这种显微镜非常实用,目前市场非常好。但是,你3W申请专利保护严重阻碍了市场的开发,后来的超分辨显微镜后来居上,青不是出于兰但是胜于蓝,你估计只有冷板凳了。你也去遗憾擦肩而过吧。

    跟这个紧密相关的是著名华人Sunny Xie 的非线性光学显微技术,如果没有超分辨显微镜,可望和3W 分享。现在只能空留遗憾了。
    总之,科学的进步不等人。

    ************************************************

    2012-8-23, 庄小威 PK 张首晟,饶毅 PK 施一公,北大 PK 清华

    庄小威名门出身,科大少年班毕业,美国有名校依托,两大名师撑腰:光学界赫赫有名的沈元壤教授,朱棣文教授(现在可是政府高官!),学术上弄出一个超分辨光学显微新技术(STORM),红起来了。 STORM 和 PALM 技术能否战胜 STED 技术而冲击诺奖,此话不好说。

    **************************************************************

    上面的内容比较浓缩,清楚阐述为:

    *普林斯顿大学的3W大概1991年发明的双光子荧光显微镜在科学上已经不够新颖了,够不上诺奖;

    *牛人谢晓亮(好像兼职在北大)的非线性光学显微技术在科学上已经不够新颖了,也够不上诺奖;

    以上两位遗憾去吧!

    超级显微镜目前有三种技术:STED, STORM和 PALM,我只看好 (阎王爷先生发明的)STED技术,而认为 STORM和 PALM两个技术实际上不靠谱。

    今天结果出来,有一点点出入,就是:

    *阎王爷先生发明的STED技术给了,

    *Eric Betzig 的PALM技术也给了,

    *但是庄小威的STORM技术栽了,还是从楼顶直接一头掉下来的!

    就这么点事儿,不耽误吃也不耽误喝,看起来起了很大的争议,置顶博文:

    诺奖获得者 Eric Betzig 在超分辨率显微镜方面的贡献不如庄小威

    我就耽误点睡觉和美梦,洗洗睡之前,我就多说几句。

    第一,Eric Betzig 的PALM技术有故事,有来龙去脉。

    90年代,Eric Betzig正在新泽西州贝尔实验室开发一种近场光学显微镜——另一种超级显微镜,采用亚波长尺度的光纤探针在距离样品表面几个纳米的近场范围进行扫描成像。如利用孔径在20-90nm的近场探针在样品上进行扫描而同时得到分辨率高于衍射极限的形貌像和光学像的显微镜。

    近场光学显微镜能够突破光学衍射极限,虽然不是非常强大。对细胞表面结构可以进行更精细观察。

    1995年,Eric Betzig认为近场显微镜不能继续提高分辨率,另外他认为不适合搞学术研究,就停止了学术职业,他从贝尔实验室辞职,但他又不知道该干什么,呆在家里,宅起来了。但是,光学衍射极限问题一直在他头脑中阴魂不散,当他在一个寒冷的夜晚散步时,一个新的想法来袭,是否可以用分子的不同性质来突破这个极限?例如可以发出不同荧光的分子。

    受到W. E. Moerner的单分子技术的启发,Eric Betzig很快使用近场显微镜实现了单分子荧光检测,然后他开始思考是否可以用普通光学显微镜检测能发出不同荧光的单分子。这个思路就是用显微镜对每种颜色进行分别照相,只要同一种颜色的分子距离没有小于Abbe光学衍射极限的0.2微米,最后将不同颜色的照片进行重叠获得不同颜色的照片,这样不同颜色的分子即使距离非常接近达到纳米水平,因为是不同时间采集的信号,所以可以进行精确区分。这正是突破光学衍射极限的理想办法。不过在当时在实施中存在一些问题,例如缺乏足够光学性质的分子。

    1995年,Eric Betzig在《Optics Letters, 20:237-9 (1995)》发表了他的理论思路(这个是一个重要的来源),便离开学术机构到他父亲的公司工作。此后多年,Eric Betzig与学术界脱离了联系。突然有一天,对科学的渴望再次让他返回了科学界。真正的突破发生在2005年,当他了解到能随意控制荧光蛋白,Eric Betzig意识到荧光蛋白的这种特征能帮助实现他10年前的想法。这些荧光分子不必要发射不同颜色,它们只需要在不同时间发射荧光就能解决问题。只用了一年时间,Eric Betzig就实现了这个技术,大功告成。

    第二,庄小威的STORM技术突然半路杀出来,把大家下了一大跳。真实的故事为(将来有待进一步确定细节):

    HBG 2014-10-8 13:31

    照ERIC团队说的—ERIC的BELL(贝尔实验室)老板(宇宙爆炸背景噪声NB)听说ERIC在自己家里做了超分的原型后,建议ERIC去NIH(美国国立卫生局)。他推荐ERIC的工作,告诉了STEVEN CHU(朱棣文,庄小威的老板和后台) ,CHU 告诉了他的PROTEGE 小薇。最后,ERIC的SCIENCE文章被REVIEW了快一年,小薇的NP文章只有2个月不到。为此,ERIC拒绝领ACS的奖。

    [29]HBG 2014-10-8 14:11

    刚又看了小薇的第一篇STORM (Aug。 NM2006)
    “AUTHOR CONTRIBUTIONS, M.J.R. and M.B. conceived the STORM imaging concept. M.J.R., DNA imaging and
    data analysis; M.B., RecA imaging and data acquisition. X.Z. supervised the project.“

    居然REVIEW了才24天, ERIC的PALM是4个月,但是据ERIC讲他们一年前就和SCIENCE的EDITOR有了联系。

    Betzig E, Patterson GH, Sougrat R, Lindwasser OW, Olenych S, Bonifacino JS, Davidson MW, Lippincott-Schwartz J, Hess HF. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 2006 Sep 15;313(5793):1642-5. Epub 2006 Aug 10.
    13 March 2006; accepted 2 August 2006

    Rust MJ1, Bates M, Zhuang X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Methods. 2006 Oct;3(10):793-5. Epub 2006 Aug 9. RECEIVED 7 JULY; ACCEPTED 31 JULY; PUBLISHED ONLINE 9 AUGUST 2006

    [36]何彦 2014-10-8 14:20

    庄小威没得奖很可惜,因为她确实为超分辨的发展和推广应用做出了巨大贡献,否则也不会40岁就评上美国科学院院士。但是,诺奖奖励的是最原创的发现。从其网站公告(见孙学军翻译)中可以很明显地看出来,Eric Betzig得奖的主要原因很可能是由于他1995年发在《光学快报》上的一篇概念性文章,尽管他当时并没有条件去实现这个概念,但10年后庄小威的STORM和他自己的PALM都可以被认为是这个概念的引申。换言之,诺奖委员会可能认为庄小威只是做了技术上的进步,而没有概念上的创新,即便庄小威当年做实验和写文章时也许并没有读过Eric Betzig的文章。这也给了咱们想拿诺贝尔奖的中国人一个启示:不要总是跟在CNS和外国人后面跑,不妨先玩出一个概念,哪怕是实验上做不出来或做得不够好,只要把坑先站住了,20年后也有可能拿奖!

    据此,真想大白!可以洗洗睡了。

    我想到当年,赵忠贤通过新华社宣布,中国在世界上实现了高温超导(当时是铜基的YBCO,不是现在的铁基),也是差点拿了诺奖的。其实大家都知道,朱经武已经在实验室里面做出来了,但是朱在申请专利,这需要时间,由于友好关系,消息传给了赵忠贤,导致加班加点地干,实现了中国的高温超导成绩。
    两则故事,道理完全一样的。

    都不应该得到诺奖。

    阎王爷今天得到了诺奖,他会很高兴,相信将来不会太残酷惩罚耍弄小聪明/精明的人。

    万般皆下品,唯有人品高!

  4. 圈子内一直都传是白兹格因为庄小威借审稿的机会借用他的想法炮制出几乎同样的东西现在闹得不共戴天,白兹格在所有公开演讲的场合大骂庄小威偷他的点子,这个笑话在行业内几乎无人不知。美国物理学有个叫做Delbruck的大奖,本来在2010年是同时颁发给庄小威和白兹格俩人的。结果白兹格拒绝和庄小威领取同一个奖项,最后就庄小威一个人拿了。对了,白兹格的老婆吉娜也是中国人,而且还是庄小威这个归化美国人在中科大的师妹,两人甚至还是同一个导师。白兹格和庄小威两位同行闹到今天这么大的矛盾,估计吉娜在白兹格那边也吹了多少枕头风,呵呵学霸他喵的…不提了。
    来自美国石溪大学、哈佛大学、康宁公司 (Corning Incorporated)及宾夕法尼亚州立大学等机构的研究人员,揭示出了嘌呤体(Purinosome)与线粒体之间的空间共定位及功能上的关联。这一重要的研究发现发布在2月12日的《科学》(Science)杂志上。

      哈佛大学的庄小威(Xiaowei Zhuang)教授,美国石溪大学助理教授Jarrod B. French,康宁公司的Ye Fang,以及宾夕法尼亚州立大学的Stephen J. Benkovic教授是这篇论文的共同通讯作者。

      嘌呤(Purine)是存在于身体内的一种物质,主要以嘌呤核苷酸的形式存在,在作为能量供应、代谢调节及组成辅酶等方面起着十分重要的作用。在哺乳动物细胞中是通过补救生物合成信号通路与从头生物信号通路协同作用来维持嘌呤的水平。在正常生理状况下补救生物合成信号通路维持了嘌呤核苷酸水平,但在生长过程中从头生物合成信号通路会上调并在癌细胞中发生改变。

      嘌呤体是由一些参与嘌呤生物合成的酶形成的组装体,其可通过从头生物合成信号通路来保护不稳定的中间物并提高代谢流。这些结构是动态的,响应嘌呤耗竭而形成,其发挥作用促进了从头嘌呤生物合成。嘌呤体的形成是细胞周期依赖性的,G蛋白偶联受体(GPCR)激动剂和CK2(casein kinase 2)可对其进行调控。有研究发现,包含嘌呤体的细胞数量增加与Lesch-Nyhan氏疾病中嘌呤补救缺陷程度呈正相关。通过一些细胞条件来破坏嘌呤体形成可促进对癌症化疗的敏感性。但目前对于这些结构的时空控制机制却仍然知之甚少。

      在这篇Science文章中,研究人员采用超分辨率显微镜证实嘌呤体与线粒体共定位,她们通过分离出嘌呤体酶及线粒体进一步支持了这些结果。并且,包含嘌呤体的细胞数量会响应线粒体功能及代谢失调而发生改变。为了探究细胞内信号的作用,研究人员采用无标记检测技术进行了激酶组(kinome)筛查,发现mTOR影响了嘌呤体组装。抑制mTOR可减少嘌呤体-线粒体共定位,抑制线粒体失调刺激嘌呤体形成。

      这些数据揭示出了由mTOR介导的嘌呤体与线粒体之间的一种关联,及mTOR通过时空控制蛋白质结合而调控核苷酸代谢的一种机制。

      庄小威是世界著名的华人女科学家。其早年毕业于中国科技大学少年班,34岁时成为了哈佛大学的化学和物理双学科正教授,是哈佛物理系和化学系少有的双科教授。2012年庄教授当选为美国国家科学院院士,刷新了美国科学院最年轻华人院士的纪录。她所研发的超高分辨率技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲,却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。

      每年,庄小威都会领导课题组在Science、Nature、Cell三大期刊上发布一些她们取得的重大科研突破。2016年开年,庄小威的研究小组采用超分辨率成像揭示出了不同表观遗传状态的独特染色质折叠。这一重要的成果发布在1月13日的Nature杂志上。2015年10月,庄小威采用超高分辨率成像绘制出了神经元突触输入区的图谱。这一重要的研究成果发布在Cell杂志上。2015年4月,庄小威(领导研究团队在Science杂志上发表了一项突破性的单分子成像技术MERFISH。该技术可以在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析,打破了目前的技术限制。

  5. 去年四月,哈佛大学著名学者庄小威教授在Science杂志发布了高度多重化的smFISH成像技术——MERFISH。现在,庄小威团队找到了提高MERFISH性能的好办法。他们在美国国家科学院院刊PNAS杂志上发表文章,详细介绍了一种特殊的样本处理方法。

    系统性分析单细胞的RNA丰度和空间定位,有助于我们理解细胞和发育生物学的许多方面。单分子荧光原位杂交(smFISH)是在单细胞中研究RNA拷贝数和空间定位的有力武器。去年四月,哈佛大学著名学者庄小威(Xiaowei Zhuang)教授在Science杂志发布了高度多重化的smFISH成像技术——MERFISH。这种突破性技术能在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析。

    现在,庄小威团队找到了提高MERFISH性能的好办法。他们在美国国家科学院院刊PNAS杂志上发表文章,详细介绍了一种特殊的样本处理方法。文章指出,高度多重化的单分子FISH可以在单细胞中实现空间分辨的基因表达图谱分析。然而,FISH探针脱靶结合和细胞自体荧光带来的背景,限制了该技术的一些重要应用,特别是在多重化程度更高、成像短RNA和组织样本的时候。

    为此,研究人员开发了一种清理样本的方法。首先他们鉴定了FISH探针与细胞组分的脱靶结合,这是FISH背景的一个主要来源。为了去除这种背景,研究人员将样本嵌入聚丙烯酰胺,把RNA锚定在聚丙烯酰胺基质中,随后清除细胞的蛋白和脂质。这些蛋白和脂质也是细胞自体荧光的来源。

    研究人员在清理过的样本中通过MERFISH检测了130个RNA的拷贝数。研究显示,样本清理使探针脱靶结合和细胞自体荧光的背景显著减少,但没有造成明显的RNA损失。这种处理不仅改善了MERFISH的检测效率和检测极限,还允许MERFISH拓展到四色通道,让检测通量大大提升。研究人员还用这种方法对小鼠脑部的复杂组织样本进行了MERFISH分析。
    庄小威教授是美国科学院最年轻的华人院士、中科院史上最年轻的外籍院士。借庄小威教授日前在京参加两院院士大会的契机,笔者对她进行了独家采访。

    庄小威15岁考入中国科学技术大学少年班,25岁获美国加州大学伯克利分校物理学博士学位,之后师从著名物理学家和生物物理学家、1997年诺贝尔物理学奖获得者朱棣文教授,在斯坦福大学做生物物理学博士后研究。

    从加州大学伯克利分校博士毕业后,庄小威的生活中出现了一个小插曲:她放弃了一些学校直接提供给她的教授职位,选择了在斯坦福大学做博士后研究,并且将专业转向了生物学。但在当时,她连DNA和RNA这类最基本的生物学知识的区别都不清楚。在斯坦福做了两年的博士后研究后,她摸索到了自己的研究方向。

    2006年初,年仅34岁的庄小威成为哈佛大学化学与化学生物、物理学双科终身教授并于2005年成为霍华德休斯医学研究所研究员。她在哈佛大学带领团队发明了超高分辨率的STORM成像方法并用此方法发现了许多新的细胞内结构,为神经细胞结构,单分子动力学、核酸与蛋白的相互作用、基因表达机制、细胞与病毒的相互作用等领域做出了杰出贡献。

    在采访中,庄小威教授并不觉得成为杰出的女科学家有什么秘诀,“在我做科研的过程中,确实没有感觉到因为是女性有优势或劣势。科研是不分性别的。做研究本是我一生所爱,并不是有优势就去做,有劣势就不去做。”她淡然道。“鱼和熊掌不可兼得,可惜我大概不是一个合格的母亲,与女儿在一起的时间太少了,希望能多点时间陪她长大。”离开了实验室说到家庭的庄小威教授,和普通妈妈没有什么区别。她一脸骄傲地和笔者说起6岁女儿的趣事,不时发出几声轻笑,“我女儿特别可爱有意思。有时我陪她的时候,她会说,‘妈妈你去工作吧,’这说明她不想跟我玩了,但是她会用很婉转的方式说出来,这样不会让我的自尊心受到伤害。”

    作为15岁考入中科大少年班、“四大力学”满分的传奇纪录至今在科大无人打破的天才少女,庄小威教授一直都是少年班的传奇,谈及社会上对少年班“揠苗助长”的强烈质疑,她无奈道:“少年班本身并不是坏事,报名时也完全自愿,没有人强迫。我觉得少年班对我是很有帮助的。当然,确实有些孩子因年龄小、心理不成熟,不能够适应少年班的学习生活。因此,这就需要在报考、录取前,家长和老师对孩子做一个综合性评估。如果不适合少年班独特的学习生活方式就不要勉强,以防有些孩子学习吃力,心理也受到影响;如果适合,这倒是一个很好的成长环境。社会上对少年班毁誉参半,并不是少年班本身存在的错误。而是因为一切都要因人而异,少年班不是普适的。”

    庄小威教授谈起近日哈佛毕业典礼上演讲的师弟兼爱徒何江,满是自豪和赞赏,认为何江的演讲不仅展现了他一直致力于科技成果为每一个人所用、造福于每一个人的价值观,也体现了日渐突出的中国“海外力量”。在海外,中国留学生的话语权比重越来越大,声音越来越响亮。“我的实验室里华人学生也占了一定比重,这并不是我对华人有特殊待遇或特别因素的考虑,而是现在国外的优秀博士生里,华人占了一定的比重。只要学生满足要求、能够合作,我都会招收。”

    虽离家二十余载,然饮水思源,庄小威教授一直致力于为国人提供更好更宽广的科研平台,特别是当选外籍院士后,更加关心支持中国科技的进步,在专访的最后,庄小威教授向笔者表达了希望能够对中国科技进步做更多贡献、与国内的科研机构有更多交流合作机会的愿望。

  6. 5月27日,Nature子刊《Scientific Reports》在线刊登了美国霍华德休斯医学研究所、哈佛大学、麻省理工大学(MIT)-哈佛Broad研究所、MIT McGovern脑研究所的一项最新研究成果,题为“An RNA-aptamer-based two-color CRISPR labeling system”。这项研究提出了一种基于RNA-适配子的双色CRISPR标记系统。MIT-哈佛Broad研究所的CRISPR先锋——张锋博士、哈佛大学华裔女科学家、美国国家科学院院士庄小威,都是这项研究的共同作者。本文通讯作者是哈佛大学、霍华德休斯医学研究所的Siyuan Wang。

      张锋博士是近两年大热的CRISPR/Cas9技术的先驱开创者之一。2013年,这位80后的年轻华人科学家开发出了可用来编辑DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系统,自此之后一直致力于推动这一技术走向完美。3月份,加拿大盖尔德纳基金会网站近日公布了2016年加拿大盖尔德纳奖(Canada Gairdner Awards)的获得者名单,共有来自美国、德国、法国和加拿大七名科学家分获了该奖的三个奖项。每位获奖者将分别获得10万加元的奖金。5月初,《自然生物技术》(Nature Biotechnology)发布了最新的一些CRISPR技术专利,由张锋独立及与合作者共同获得的专利就占据了6项。

      染色质组织的动态变化是许多重要的生物过程的基础。为了研究染色质动力学和生物学功能之间错综复杂的关系,科学家已经开发出各种方法,来影像体内特定的基因组DNA序列。传统上,位点特异性活细胞DNA标记依赖于荧光抑制剂操纵子系统(FROS),这可以将大批的操纵区重复序列转入感兴趣的基因组位点附近。

      然而,这种方法会扰乱内源性DNA序列,并需要重复、耗时的工作,以将操纵子阵列插入所有靶位点。最近的方法采用来自基因组工程研究的可编程性DNA结合蛋白,例如TALEs和CRISPR-Cas9,来指导标记内生DNA序列。在后一种方法中,内源性基因组位点是用dCas9结合一个荧光蛋白进行标记,并用靶定每个染色质位点上的一组序列的sgRNAs进行编程。

      这种方法具有可编程、可扩展的特性,能够容易适应于研究活细胞中各种基因组位点的动态。最近,这种方法已经延伸至,通过利用来自不同细菌物种(例如,酿脓链球菌、奈瑟菌、嗜热链球菌和金黄色酿脓葡萄球菌)的dCas9/sgRNA组合,来实现人类基因组中重复序列的多色标记。然而,奈瑟菌、嗜热链球菌和金黄色酿脓葡萄球菌CRISPR-Cas9系统比酿脓链球菌CRISPR-Cas有更多的PAMs,也更少的被表征。

      在这项研究中,研究人员只使用表征完好的酿脓链球菌Cas9,通过将MS2或PP7 RNA寡核苷酸适配子合并入sgRNA,开发出了一种选择性的双色CRISPR标记方法。然后,MS2或PP7寡核苷酸适配子将与不同荧光蛋白融合的相应MS2或PP7外壳蛋白,招募到靶基因组位点。该研究小组用这种方法在活体人细胞中展示了重复序列的特定和双色标记。通过将MS2或PP7寡核苷酸适配子附着到sgRNA上的不同位置,研究人员发现,扩展具有MS2或PP7寡核苷酸适配子的sgRNA的发夹结构和茎环,可增强染色质成像的信背比。

      但是,这种设计的一个缺点在于,与以前的方法相比,它多涉及到一个蛋白质构造(例如对双色标记来说,这个设计包括三种融合蛋白,而以前的方法仅需要两种),这就导致了一个稍微复杂的细胞系构建过程。还需要开展进一步的实验,来检测RNA-适配子为基础的CRISPR标记系统的全部潜力。 庄小威教授是美国科学院最年轻的华人院士、中科院史上最年轻的外籍院士。借庄小威教授日前在京参加两院院士大会的契机,笔者对她进行了独家采访。
      
    庄小威15岁考入中国科学技术大学少年班, 25岁获美国加州大学伯克利分校物理学博士学位,之后师从著名物理学家和生物物理学家、1997年诺贝尔物理学奖获得者朱棣文教授,在斯坦福大学做生物物理学博士后研究。
       
    从加州大学伯克利分校博士毕业后,庄小威的生活中出现了一个小插曲:她放弃了一些学校直接提供给她的教授职位,选择了在斯坦福大学做博士后研究,并且将 专业转向了生物学。但在当时,她连DNA和RNA这类最基本的生物学知识的区别都不清楚。在斯坦福做了两年的博士后研究后,她摸索到了自己的研究方向。
       
    2006年初,年仅34岁的庄小威成为哈佛大学化学与化学生物、物理学双科终身教授并于2005年成为霍华德休斯医学研究所研究员。她在哈佛大学带领团 队发明了超高分辨率的STORM成像方法并用此方法发现了许多新的细胞内结构,为神经细胞结构,单分子动力学、核酸与蛋白的相互作用、基因表达机制、细胞 与病毒的相互作用等领域做出了杰出贡献。
      
    在采访中,庄小威教授并不觉得成为杰出的女科学家有什么秘诀,“在我做科研的过程中,确实没有 感觉到因为是女性有优势或劣势。科研是不分性别的。做研究本是我一生所爱,并不是有优势就去做,有劣势就不去做。” 她淡然道。“鱼和熊掌不可兼得,可惜 我大概不是一个合格的母亲,与女儿在一起的时间太少了,希望能多点时间陪她长大。”离开了实验室说到家庭的庄小威教授,和普通妈妈没有什么区别。她一脸骄 傲地和笔者说起6岁女儿的趣事,不时发出几声轻笑,“我女儿特别可爱有意思。有时我陪她的时候,她会说,‘妈妈你去工作吧,’这说明她不想跟我玩了,但是 她会用很婉转的方式说出来,这样不会让我的自尊心受到伤害。”
      
    作为15岁考入中科大少年班、“四大力学”满分的传奇纪录至今在科大无人 打破的天才少女,庄小威教授一直都是少年班的传奇,谈及社会上对少年班“揠苗助长”的强烈质疑,她无奈道:“少年班本身并不是坏事,报名时也完全自愿,没 有人强迫。我觉得少年班对我是很有帮助的。当然,确实有些孩子因年龄小、心理不成熟,不能够适应少年班的学习生活。因此,这就需要在报考、录取前,家长和 老师对孩子做一个综合性评估。如果不适合少年班独特的学习生活方式就不要勉强,以防有些孩子学习吃力,心理也受到影响;如果适合,这倒是一个很好的成长环 境。社会上对少年班毁誉参半,并不是少年班本身存在的错误。而是因为一切都要因人而异,少年班不是普适的。”
      
    庄小威教授谈起近日哈佛毕 业典礼上演讲的师弟兼爱徒何江,满是自豪和赞赏,认为何江的演讲不仅展现了他一直致力于科技成果为每一个人所用、造福于每一个人的价值观,也体现了日渐突 出的中国“海外力量”。在海外,中国留学生的话语权比重越来越大,声音越来越响亮。“我的实验室里华人学生也占了一定比重,这并不是我对华人有特殊待遇或 特别因素的考虑,而是现在国外的优秀博士生里,华人占了一定的比重。只要学生满足要求、能够合作,我都会招收。”
      
    虽离家二十余载,然饮水思源,庄小威教授一直致力于为国人提供更好更宽广的科研平台,特别是当选外籍院士后,更加关心支持中国科技的进步,在专访的最后,庄小威教授向笔者表达了希望能够对中国科技进步做更多贡献、与国内的科研机构有更多交流合作机会的愿望。

  7. 制绘制神经元突触输入区图谱

    来自哈佛大学的研究人员报告称,她们采用超高分辨率成像绘制出了神经元突触输入区的图谱。这一重要的研究成果发布在10月8日的《细胞》(Cell)杂志上。

    从单个神经元的突触区域到整个大脑的布线图,在多个尺度上绘制出突触连接,对于了解神经回路的功能机制以及回路缺陷如何导致了精神疾病至关重要。绘制突触连接图的理想平台应该可以提供高分辨率的结构信息,来可靠地识别突触连接及准确将突触分配给神经元;能够成像诸如神经递质受体一类的,对确定突触身份和特性极为重要的特异分子;具有自动图像分割能力能够有效地分析大容积重建成像来捕获整个神经系统或回路。

    超高分辨率显微成像技术

    当前荧光显微镜和电子显微镜(EM)均被利用于神经回路成像。EM能提供精致的空间分辨率和膜反差由此精确识别突触,现代EM的高成像速度使得能够实现越来越大容积重建成像。然而由于高质量EM成像需要严格的固定和样品制备条件,标记内源性突触蛋白来确定突触的分子特性和功能特性对于大容积重建成像仍然是一个艰难的任务。此外,EM自动分割图像仍然是个挑战,成为了扩大神经回路分析的一个瓶颈。比较而言,荧光显微镜能够兼容免疫组化和内源性蛋白成像,多种颜色的荧光信号可帮助简化自动图像分割任务实现有效的数据分析。但荧光显微镜有限的衍射分辨率可导致识别和分配重建回路中的突触时出现错误。

    超分辨率显微镜成像可以克服衍射限制,通过整合高成像分辨率来识别和分配突触实现蛋白质特异性标记确定突触分子特性,及采用多颜色成像实现有效地数据分析,来提高突触重建神经回路的能力。

    在这里研究人员报告称开发出了一种超高分辨率容积重建平台,用于大容积成像及利用分子特性信息自动细分神经元与突触。她们利用这一平台绘制出了给光-撤光型(ON-OFF) 方向选择性神经节细胞(direction-selective ganglion cell, DSGC)抑制突触输入区的图谱,在小鼠视网膜中这些细胞对于计算视觉运动方向起重要作用。重建On-Off DSGCs显示出一个GABA能受体亚型特异性输入区负责生成了方向选择性反应。这些结果证实了这一超高分辨率平台在探询神经回路方面具有的独特能力。
    每年,庄小威都会领导课题组在Science、Nature、Cell三大期刊上发布一些她们取得的重大科研突破。2016年,其研究组已连接取得了一系列引人注目的研究成果。

    在单个细胞中了解转录组的表达谱和空间景观,是全面认识细胞行为的基础。去年4月,著名学者庄小威(Xiaowei Zhuang)领导研究团队在《Science》杂志上发表了一项突破性的单分子成像技术,MERFISH(multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization)。该技术可以在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析,打破了目前的技术限制。

    近期,该研究团队对MERFISH技术进行了改进,将测量吞吐量提高了两个数量级,并能在一次单一的18小时测量中,进行了大约4000个人类细胞的基因表达谱分析。这一研究成果发布在9月13日的《PNAS》杂志上。

    这篇论文的通讯作者、哈佛大学著名华人女科学家庄小威,早年毕业于中国科技大学少年班,34岁时成为了哈佛大学的化学和物理双学科正教授,是哈佛物理系和化学系少有的双科教授。2012年庄教授当选为美国国家科学院院士,刷新了美国科学院最年轻华人院士的纪录。她所研发的超高分辨率技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲,却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。

    在这项新研究中,作者指出,基于图像的单细胞转录组学方法——其通过成像来实地确定和计量RNA,已成为基于分离细胞RNA测序的单细胞方法的一个有力补充。这些以图像为基础的方法,可自然而然地保护一个细胞内的RNAs空间布局,以及组织内的细胞构架,这对于许多生物学问题的解决来说,是非常重要的。然而,这些基于图像的方法其吞吐量相对较低。

    MERFISH是一个高度多重化的smFISH成像方法,可以在单个细胞中鉴定数千种RNA的拷贝数和空间定位。他们使用组合标签、连续成像等技术来提高检测通量,还通过error-robust编码方案,来抵消单分子标记和检测错误。在这项研究中,研究人员通过改进,将MERFISH的吞吐量增加了两个数量级,包括采用化学裂解而不是光漂白来去除连续两轮smFISH成像之间的荧光信号、增加成像的视场、采用多色成像。有了这些改进,他们在超过100000个人类细胞中进行了RNA分析,在一次单一的18小时测量中分析了多达40000个细胞。这种吞吐量将充分扩展通过MERFISH得以解决的生物学问题的范围。