王国维先生曾在《人间词话》中说过做学问的三重境界,最初读到时并不很理解,而近日在找到梁泉峰老师做合成生物学的了解时竟豁然开朗,这三重境界不仅适于做文学的学问,也是适用于生命科学研究的。在此我就借这三重境界简述一下梁老师对合成生物学的诠释以及访问后我的理解和心得。
                    第一境“昨夜西风凋碧树。独上高楼,望尽天涯路。”
    自合成生物学的概念产生以来,有关合成生物学究竟是福是祸的争论和舆论似乎从未停止,在无边无际的争论中我们不禁开始迷惑,合成生物学究竟是什么呢?
    怀着疑惑我们找到了梁老师,梁老师用细致的讲解和形象的描述为我们打开了一扇门,将合成生物学这个神秘而又奇妙的世界,展现在我们面前。
    全面理解合成生物学的内涵, 必须从其科学理论本质及技术工程本质两个方面入手, 合成生物学的科学理论本质是用“合成”的理念和策略, 来研究生物和生命系统运行的规律,比如生命系统的进化和起源,在这一层面上,它与自然科学中的透过现象研究机理的研究方式是完全不同的;合成生物学的工程技术的本质是按设计好的蓝图重新组装分子元件, 并转入细胞, 使这些工程化的细胞执行新的功能。 它的主要内容是创建生命元件,并构建各种标准化插件,因为自然界中的各种生物拥有复杂的代谢途径和代谢网络,为了使研究和创造都走向简单化,我们就可以制造出这些标准化的元件(包括启动子、RBS和酶等),这样在实验研究中就可以根据需要,选择一系列标准化元件,并根据计算机设计的“图纸”,将它们拼接在一起,构成一个全新的生物体系。
    大概是察觉到我们越发迷茫的眼神,梁老师讲到这里时微微一笑,说道“你们小时候玩过乐高积木没有?”我便马上反应过来,原来每个标准化插件就像是一块积木,它们都有接口,用这些插件我们就能拼出变化无穷的构型,这千千万万的构型就对应着千千万万的不同功能,简直是我们研究中的取之无尽用之不竭的宝藏。
    其实合成生物学本身就是一个宝库,就像如此难懂的问题就这样被“乐高积木”解决,在这个世界里有太多人类未曾涉足的领域和未发现过的奇妙等待我们自己去探索,去用已知的思想去替换、去想象。
    2010年,venter研究团队完全用化学方法合成了一个基因组并成功发育成为一个单细胞生命体,这是合成生物学发展的一大里程碑,而Keasling实验室发现将苦艾(wormwood)和酵母的基因植入到细菌中,可使细菌生成一种可化学转换为青蒿酸的化合物(治疗疟疾的特效药),又是另一里程碑式的发展。而就在不久前,有科学家合成了新的碱基,这在从前的自然界是前所未有的,这让我们不禁感叹合成生物学世界的神奇与奥妙。而探索这些神秘领域的过程无疑也是艰难的,梁老师讲到在合成生物学研究初期,科学家们由于人们对生物本身遗传背景了解的还不清晰,大部分研究还只能停留在局部和尝试的阶段。如今随着基因组,蛋白组等等组学的发展,,以及标准化和组装整合技术的成熟,我们可以真正从设计的角度入手通过各种数据去建模去计算,预测出可能适合的构型,再加以实验,这就是合成生物学技术在不断飞跃的证明。
    合成生物学的世界是妙趣横生的,而清楚了合成生物学的基本理念和方向即是“望尽天涯路”的第一境界。
                        第二境“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。”
    梁老师再给我们讲解时提到合成生物学严格意义上讲并不是一个单独的学科,它是建立在数学、物理、化学、电子等一系列学科基础上的交叉学科,它要求学习者或研究者拥有很广的知识面,例如之前提到的标准化元件的模拟拼接分析就是建立在数学建模和电子模拟技术之上的。合成生物学与生物信息学的关联表现得更加密切,具体体现在建模和大数据的处理上。
    从事这样一个学科的研究工作无疑需要巨大的勇气,你需要阅读大量的文献,查阅许许多多的资料,不断的去拓宽自己的知识面,才能在这种需要大量学科知识做基础的研究中迸发出思维的活力。而在长久的研究工作中,唯一能一直支持着我们的便是内心的兴趣,当我们向梁老师问及他从事学术生涯中难忘的一次经历时,老师思考了片刻后给我们讲了他在几年申请一个项目经历。当时老师在项目的构思中好几天都没有想通其中一个问题,在查阅了大量资料,突然一个灵感解决了那个难题,使课题趋于完整。梁老师补充道这样的经历必定是每一位生院的老师都有的,当你克服了数不尽的难关终于到达了胜利终点,内心的喜悦定然是妙不可言的。而这般妙不可言的成就便是以兴趣为基石、以汗水为泥土一阶阶筑成的。
    梁老师严肃地说道:“你们可能会认为作为生命科学的科研人最重要的品质是耐心和勤奋,它们固然是重要的,也是一个研究人员必须具有的,而我们更需要的其实是激情。是这种激情鼓励着你大量阅读文献,从中汲取精华,然后发散思维,去提出新的观点。有时候我们觉得做了多年的研究,反而容易被一些所谓的经验或‘常识’所束缚,而年轻的研究者往往敢想敢做,有时候就真的成功了。”梁老师说的不只是合成生物学,也不只是生命科学,从事任一领域的研究都是如此,是内心的激情和兴趣让我们付出的每一滴汗水都写满了值得,如若只有努力却没有兴趣与激情,只会剩下艰辛和枯燥,而这样的科研是不会有收获的,被禁锢的思想怎么可能爆发出年轻的活力?唯有激情和兴趣才是思维活力的源泉。
    是向往科学的心让一切变得妙不可言,就算衣带渐宽也不会有所抱怨,此乃做学问的第二境界。
                
第三境“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。”
    梁老师起初的研究方向是代谢工程,代谢工程作为基因工程的高级阶段,主要方向是生命体的各种代谢途径和代谢网络,而在代谢工程的研究中,又会发现它的“升级版”——合成生物学,所以梁老师就自然而然的选择从事了合成生物学的研究。梁老师还补充道,当初选择合成生物学时并没有很多地考虑到合成生物学有多么好的应用前景,其实合成生物学中的各种开关和元件是很有趣的,它们会吸引着你不断地去做研究。
    事实上,我们人生的每个不同阶段之间的变换都是自然而然的,我们做出的每个选择都应该是由我们的兴趣、我们的内心引导着的,我们并不必为了紧跟潮流或者抓住机遇而可以逼迫自己做出选择,当我们做了大量的阅读,知识面足够广阔时,我们的兴趣所在就会随之而来,引领我们做出正确的选择。是兴趣引导着你走向人生中每个选择,以趣为师,“寻他千百度”又有何妨,我们总会在自然而然中获得成功,这就是做学问的第三境了。