高青县旅美学者张刚mrs培养基:小村里走出“克隆”专家

作者：张馨予

　　张刚在接受采访时耐心讲解有关“组合策略”分子克隆技术。　　　　　　摄影/李慧娟

■　周末人物　中国梦·出彩人生
□　本报通讯员　杨洪永　郑莉　本报记者　王原
　　初见张刚时,怎么也想不到,这个身材高大、儒雅温和的生物学领域新秀,就出生、成长在淄博市高青县黑里寨镇桑家村一个普通家庭,而其十几年来的追梦旅程,于他而言是对生命的致敬。“如今圆梦了,也该为祖国做点力所能及的事了。”他说。
　　今年46岁的张刚,用4个“第一次”总结了自己追梦的这十几年:当年中考考入高青一中,第一次进县城；高考考进山东师范大学生物学系,第一次到济南；去多伦多大学读博士后,第一次坐飞机；这次回国,从北京回济南第一次坐动车。
　　从农村没见过世面的“穷小子”,到多伦多大学博士后,再到哈佛医学院助理研究员、“组合策略”的研发者,如今的他可谓凤凰涅槃,但他心里念想的还是家乡。
星星之火
点燃科研梦想
　　“我已经7年没回国了,这次回来参加深圳的国际学术研讨会,忍不住回家看看。”张刚感慨地说,“无论你在哪里,做什么,心里最最思念的,还是家乡的一切,连空气都是。”
　　1967年5月22日,张刚出生在淄博市高青县黑里寨镇桑家村一个普通的家庭,父亲是村里的民办教师,受他影响,在高青一中读完高中的张刚在高考填报志愿时,义无反顾地选择了山东师范大学生物系。
　　“1989年,我本科毕业做论文,两人一组,指导老师带领我们作高频心电图与心脏病的关系研究,实验过程需要给家兔做心脏结扎手术,老师做了几次都失败了,随后,老师去北京开会,一时回不来,就劝我们换个容易操作的课题来做。”张刚说,“也不知是哪来的一股劲,我觉得自己能成功,坚决不换课题。”
　　结果出乎所有人的预料,经过努力,张刚成功地开展了5—7例手术实验,顺利地完成了毕业论文。
　　“这个事情虽小,但对我却非常重要,之后的科研道路上,只要遇到不容易解决的困难,我就会对自己说,当年的手术那么难你都完成了,这个也一定可以的。”张刚说,正是由此,他开始认为自己具备了作科研的潜质,做起了科学家的梦,也正是因为这件事,张刚之后的人生之路发生了重大转折。
九年沉淀
一朝金榜题名
　　当时的政策,本科生毕业后要回当地服务三年,于是,张刚就回到高青三中任教。
　　“我从小出生在农村,性格很腼腆,不愿意说话,在高青三中任教的经历使我受益匪浅。”张刚告诉记者,虽然只是个高中老师,但他从来没有真正放弃过自己的科研梦想。他坚持学习英语,还订阅着科技杂志,一直关注世界生命科学的研究进展。
　　上世纪90年代初,美国着手实施人类基因组计划,对人类的全部基因序列进行测序,这让一直关注生命科学的张刚有些坐不住了。1993年,生物在高考中被取消,成了会考科目,他这个生物老师的教学任务一下减轻了很多。1996年,已在高中任教7年的张刚,终于按捺不住心中的向往,开始准备考研,那一年,他的儿子两岁。
　　“那时,我还当着班主任,只能早起晚睡,利用周末时间复习功课,我报考了北京大学生命科学院,但失败了,我不服气,第二年又考,终于考上了山东师范大学生命科学院。”他说。
　　一个已经工作9年,有家有孩子的大男人,还付出这么多努力考研,为的是什么呢?“是梦想吧。”张刚说,“本科毕业那年的研究实验给了我很大的力量,我对自己的实验技术有信心,我觉得搞科研是我应该走的路。”
机缘巧合　
成了童第周的嫡系传人
　　1998年,张刚走进了梦寐以求的学术殿堂。“开始我报考的是安利国教授的免疫学方向,但不巧的是,我刚入学他就出国去了荷兰,临走前,他把我托付给了刚刚来到山东师范大学的博士生导师李云龙教授。”张刚介绍,他的导师李云龙教授,长期从事胚胎工程和细胞生物学的教学与研究工作,还主编了《细胞生物学》、《动物发育生物学》等著作,是一位著名的细胞生物学家和发育生物学家。
　　“是导师打开了我思想的大门。”张刚说,研究生临近毕业时,他以590分的成绩过了托福考试,并申请了香港中文大学的博士研究生。“那时香港的学校承诺给我每月15000元港币奖学金,但我被李教授为我描绘的前景和蓝图吸引,很快就放弃了去香港的打算。”
　　张刚说的前景和蓝图,就是李云龙教授答应张刚:“只要你愿意继续留在这里读博士,我可以把你送到中国科学院动物研究所继续学习,从事动物体细胞克隆和干细胞研究。”
　　2002年,在恩师李云龙教授的推荐下,张刚来到中国科学院动物研究所攻读博士学位,而他的导师则是卓越的实验胚胎学家、中国实验胚胎学的主要奠基人童第周先生的嫡系门生陈大元教授。
　　师出名门,这给了张刚莫大的信心和动力。读博期间,张刚协助导师一起从事基因工程、动物体细胞克隆和干细胞等方面的研究,做出了许多成果。“那时我们研究的课题是体细胞克隆牛、小鼠、异种克隆大熊猫、异种克隆人胚胎干细胞等。”这段时间的积累和沉淀,使张刚在生命科学领域的研究之路后劲十足,越走越顺。
前进之路　
分子克隆技术面临革命
　　2005年7月,他申请得到加拿大多伦多大学动物学系的博士后研究职位,2008年又进入多伦多大学医学院神经退行性疾病研究中心,分别在导师Vincent　Tropepe教授和Anurag　Tandon教授的指导下从事神经干细胞分化、帕金森病致病机理方面的研究。简单说,就是用神经干细胞在体外定向分化生成多巴胺能神经元,将多巴胺能神经元移植到小鼠脑的特定部位,看看这些神经元能否在小鼠脑部中发生作用,从而有效提高多巴胺的生成,来大大改善帕金森病患者的症状。
　　两年的研究并不顺利,张刚一次又一次经历着失败。但也正是这些难题,使他的研究有了新的方向。张刚说:“在这个过程中,为了构建神经干细胞转基因载体,需要克隆Lentiviral　vector(慢病毒载体),由于这个载体很大,克隆位点很少,克隆难度非常大,但我不能认输,付出再大努力也一定要解决常规分子克隆技术中大载体克隆效率极低这个难题。”
　　2009年1月27日,下午2点,当他走在去他所钟爱的一家比萨店吃午饭的路上,凛冽的寒风迎面吹来,张刚灵感闪现,茅塞顿开,从理论上理解了制约DNA重组技术效率的限制性因素,勾画独创了一项称为“组合策略”的新型DNA重组研究技术,就是运用定点突变方法改造克隆位点,保证从理论上100%线性基因片段带有正确的克隆位点,用碱性磷酸酶对线性化的载体去磷酸化,有效阻止载体DNA的自身连接,这样线性载体就不能自身连接成环形,从而大大降低了带有空载体的菌落数量,使绝大多数的菌落都含有重组载体,再用TOP10感受态细菌随之进行转化(转化效率是常规DH5α的1000倍),得到几个到十几个直至上千个菌落,保证了用一次实验就能得到阳性的克隆载体。
　　“获得重组DNA环形载体,是基因工程DNA重组技术中最基础的环节。常规情况下,长片段DNA重组实验中,存在重组效率非常低的问题,能得到重组载体的几率很低,常常需要耗费大量的时间、金钱和精力,时常几个月、半年得不到一个重组载体。这个也分大小,3000个碱基对左右的小载体比较容易获得,10000个碱基对以上的载体效率就非常低。”张刚说,“我的方法是把环形DNA放在试管中,用体外扩增技术,在特定的DNA片段位点,使用DNA引物,改变A、G、C、T碱基的序列,然后用特定的酶,像剪刀一样将其剪开,就能使线形的DNA片段,具有正确的连接末端,就像自行车链条一样,只有首尾正确配对才能连接好。”
　　为让记者更明白,张刚拿出纸和笔,画出了一个个清晰的简图,他接着说:“为防止线形载体自己连接成环形,影响筛选重组载体,就使用碱性磷酸酶,移去线形载体的末端磷酸基团,使其不能自身连接。这样,只有线形的载体DNA,和线形的基因DNA形成重组DNA环形载体,并转移到细菌中后,几乎使所有细菌都含有重组载体,大大提高了获取重组DNA环形载体的成功率,就可以用它按照研究目的去研究DNA功能了。”
　　他介绍,“组合策略”使获得重组DNA环形载体的成功率由随机性变成确定性,使生物工程、基因工程研究从不确定、随机的,转变成高效性的、定量化的、确定性的,使研发效率提升几倍甚至几百倍,是分子克隆技术在方法论上的一场革命,这就意味着分子克隆领域中的“瓶颈”被打破,今后的分子克隆研发在此基础上将更快更高效地进行,生物学、医学领域的研究将上升到一个新的层面。需要DNA重组、分子克隆的领域,像医药、基础生物医学研究、生物工程、基因工程等,都需要这项技术,“比如,在我们熟悉的医学胰岛素蛋白的提取上,运用这项技术,会大大提升效率。”
梦想初成
轰动国际的“组合策略”
　　一石击起大波澜。张刚的“组合策略”DNA重组研究技术成为一种新型、特定、简捷、高效并能够引领基因工程前沿的生命科学技术。该成果很快在国际著名学术杂志《科学报道》上公开发表。这一研究技术的问世,立即引起国际生物医学界空前轰动的效应。2012年8月,张刚应邀成为美国哈佛大学医学院麻省总医院助理研究员,继续从事生物科学研究。不久前,他被7个国际生物医学研讨会议邀请作生物基因工程工作报告,还被(《美国生物医学杂志》)、(《克隆和转基因》)等多个国际知名生物医学杂志聘请为编委成员。
　　“这只是迈出了我科研梦想的第一步,下一步我要作定量转基因的研究。”对张刚来说,属于他的辉煌才刚刚开始,但他更希望这辉煌属于祖国。
　　他说,在国内,这项技术并没有发展,这次回国他希望能把这项技术有所普及,也盼望与高校、科研院所以及企业有进一步的合作,促进我国在生物工程、基因工程以及医学领域的发展,带来更大的社会、经济效益。
　　近8年的异国漂泊,他一分分收获着梦想,但每每入梦,涌上心头的,却是那对祖国和家乡浓得化不开的思念。他说,只要国内有适合自己搞科研的单位,他会毫不犹豫地放弃国外优厚的待遇条件,回国潜心研究。他真心希望将来自己的科研成果公布时,能堂堂正正地说一声,这是Made　in　china!

原标题：张刚:小村里走出“克隆”专家