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哈佛海归,超越巅峰

中国科大新创校友基金会 2019-05-30 07:46:33

哈佛大学袁军华、张榕京海归中国科大之后,今日在《自然-物理》发表细菌鞭毛马达转向别构调控的非平衡因素的突破成果,并获该刊新闻视觉配专文评论(Biomolecular switches: Driven to peak)。祝贺两位海归在中国科大的事业超越巅峰!


研究发现细菌鞭毛马达转向别构调控的非平衡因素

近日,合肥微尺度物质科学国家实验室及物理系的袁军华(9304郭沫若奖)、张榕京课题组,在细菌运动行为研究领域取得新进展,发现细菌鞭毛转向别构调控中的非平衡因素,研究成果以“Non-equilibrium effect in the allosteric regulation of the bacterial flagellar switch”为题,发表在《自然-物理》上(Nature Physics, doi:10.1038/nphys4081)。《自然-物理》在同期的“新闻视角”(News and Views)栏目,专门配发了题为“Biomolecular switches: Driven to peak”的评论文章(该评论作者为美国物理学会会士涂予海,83少)。


别构调控是指蛋白质复合体(protein complex)的一个位点结合效应因子(effector)后,通过长程构象变化来影响其它位点功能的现象。这是在生命现象中广泛存在的一个重要调控机制,普遍存在于酶的活性调节、信号转导系统的受体活性调节、离子通道调控、基因表达调控等重要生理过程中。别构调控这一现象通常是由平衡态模型来描述的。作为细菌运动行为基础的鞭毛马达转向调控,就是一个典型的别构调控过程。最近几十年来,人们一直在为这个调控过程是否有非平衡因素(外部能量输入)而各持己见、争论不休。该团队通过发展新的实验手段,系统测量了马达在各种实验条件下的转向改变动力学行为,明确地发现这个调控过程中的非平衡因素,并进一步提出了非平衡态模型,提出这个非平衡过程的能量输入机制,解决了这个长期以来的争议。


图. 马达转向调控的理论模型(整个调控环有34个调控单元)a.平衡态模型中单个调控单元的自由能级图。每个单元可处于逆时针(CCW)或顺时针(CW)态,并有一个信号蛋白CheY-P的结合位点。b.在平衡态模型中,相邻态之间的转换速率满足细致平衡。c.马达力矩提供了非平衡能量输入,增加了CCW和CW态之间的能量间隔。d.非平衡能量输入破坏了细致平衡,导致净反应速率流。


这个非平衡机制的发现,也揭示了细菌鞭毛马达的力感应机制。该研究发现,虽然马达的能量输入仅有约0.2%用于别构调控,却很大程度上提高了马达对信号蛋白的灵敏度。这个发现对其它生物大分子机器的研究也有启发,预计在其它生物大分子机器中也会有这种将部分能量输入用于功能调控的非平衡现象。


该课题组的博士生王芳彬、史慧、何瑞是该文共同第一作者,袁军华和张榕京教授是通讯作者,其他作者还包括该团队的博士生汪仁杰。上述研究得到了国家基金委、中国科大创新团队基金、国家青年千人计划和安徽省自然基金的支持。


论文连接:

http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4081.html


Nature Physics发表的评论文章:

http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4094.html


(微尺度物质科学国家实验室、物理学院、科研部)


哈佛学者海归感言

物理学院袁军华、张榕京教授访谈


袁军华、张榕京伉俪结识在风光秀丽的Pasadena,获得加州理工学院博士之后,又一道前往哈佛大学继续研究工作。2012-2013年他们的小家搬回中国科大。2014年1月23日接受采访时,张榕京还与袁军华共享一个办公室,她解释新办公室正在装修换家具。两位教授相当朴实,他们平实的叙述了归国的点滴感悟,几无惊人之语。

记者:很高兴在实验室见到两位教授。您两位什么时候海归科大?你们俩是在加州理工认识的吗?

袁军华:我12年6月报到,她是13年5月。

张榕京:是。我是清华92级,比他早一年,硕士在科学院力学所。2000年到加州理工,军华又早两年。

从哈佛到科大

记者:已在国外生活十几年,为什么决定回国呢?

袁军华:首先,方便照顾父母;其次不希望孩子留美与中国文化脱节。

记者:您父母都是科学院高工,不希望您回北京吗?回来没有联系北京高校,或科学院?

张榕京:我父母当然希望我能留在身边,但他们不会为了自己的愿望过多干涉我的生活。他们希望我家庭和睦,有自己的事业,挺不容易的。我和科大很有渊源:从小生活在科学院,知道科大的好;大姨和姨父都是老科大校友,我还在校史馆看到过大姨的毕业照,她是科大第一届生物物理系校友;我中学同学里也有相当一些是科大校友,聚会的时候总讲科大的好处,比如老师敬业,对学生关照还有伙食好等等。因为军华已回到科大工作,否则也会考虑力学所,以前的老师同学希望我回所。

袁军华:除了科大,我基本上没考虑过其他选择。

记者:您何时第一次来合肥,还记得对科大的印象吗?

张榕京:2000年春,在力学所读研的我曾来科大开会,当时第一印象特别好(记者:破么?你直接说)怎么会,相反印象非常好,这也是海归科大的一个重要原因。不少高校是从“学院”改成“大学”的,虽然名气响亮师资力量强,但原先的校园格局还是能看出和“大学”的不同。科大就不是。当年科大与北大清华同列“三大院校”,校园布局园林设计很大器的。当年来科大的时候是一年里的3、4月份,北京还光秃秃的,科大已经鲜花盛开,赏心悦目,环境非常好。另外,主持会议的力学系教授治学严谨学问好也给我留下了深刻印象。所以到学校报到工作之前我不需要再来科大“考察”环境。

记者:你现在多少研究生,什么本科背景,质量如何?

袁军华:6位:两位本科毕业于科大,其余来自兄弟院校,还不错。其中三位是我回校前系里帮我招的。2013年5月份,研究生院组织全国统一宣讲招收,我去天津做过宣讲,生源应该会越来越好。

记者:目前什么工作节奏,学校的压力如何?

袁军华:我们1月27号回家乡过年呆了一周(注:30日除夕)。初五开始工作,因为基金都在三月份申请。工作时间学校没要求,压力是自己给的,研究生们想什么时候走都放,我管得特别松,看自觉。

记者:实验室建设如何,整个实验环境搭建、研究团队正常运转,多久才进入状态?

张榕京:我的实验室已经装修好,订购的仪器已经到了一部分,可以开始做初步实验了。还有的几个重要测量设备,需要慎重选择,还在调研中。我们做生物物理,分子生物学的设备都需要,包括显微镜等。等待仪器时,我可以建模型,分析数据等,配合实验数据的分析和理解。团队的建设需要时间,今年开学已经有新学生加入,很快能步入正轨。

袁军华:我的学生已进入状态,在做实验,用了一年时间,现在在写paper。但实验周期长,不可能一开始就快速产出。

记者:能否有请介绍研究方向?

张榕京:我打算研究两个方向,群集和微生物膜,它们都与细菌群体运动相关。单个细菌只有一两个微米大,影响太小,需要大量细菌的群体活动才能对人体健康产生作用。细菌在湿润表面游动(swarming)是群集运动,分析它们运动时生物和物理的性质,对预防细菌扩散和防治疾病有帮助。还有一种有意思的现象是微生物膜(bioflim),它是细菌的一种生长状态:高密度的细菌分泌出粘稠物质把相邻的细胞绑在一起,而且整个系统有特别强的保护性,耐酸、耐碱、耐高温、耐低温,抗腐蚀,还能抵抗高过正常浓度一千倍的抗生素。医疗上约百分之七八十或以上的感染和微生物膜有关系。我考虑用生物物理方法来研究如何抑制或消除它,并了解微生物膜的成因。此外科大有生物医学工程平台,并打算建设医学中心,我有力学和一些医学的背景,如能在病理细胞或者组织方面有合作研究,也非常理想。

袁军华:我主要是做细菌运动行为,研究生物马达,以及细菌感应外界环境的机制。细菌很聪明的,它觉得哪些地方更易生长繁殖,就在那里定居,然后扩大族群,对人产生作用。这个研究透了对疾病防控治疗有意义。

记者:学校组织的学术交流和合作的机会多吗?

袁军华:学术交流很多。科大学术报告会我曾去汇报。因为回国不久,主要通报实验室建设进展。也和教授们商讨合作,系内系外都有。之前和近代力学系(5系)罗喜胜教授(科学技术处处长)谈了一次。他认为比较有意思,就给我介绍5系秦丰华老师合作。

记者:很多海外学者对中国高校诚信有怀疑,2010年科大出国招聘,到处追问海归学者国内名校跳楼问题。似乎有很多大学承诺不兑现的先例。你们海归后,科大是否已经或正在兑现工作与生活的承诺?

张榕京:是的,负面的例子对我们这些海归学者影响很大,而科大的承诺都兑现了。

记者:不能光有结论,海归应当关注的就是两房两钱,能否详细列举。(注:科研、生活用房;科研经费与个人薪酬)?

袁军华:我和科大谈过条件(笑),生活用房都统一标准就没管,科研用房与物理系商量,商量完毕报送学校都已到位。榕京是在青千批准后和科大谈过,工资最后是学院和学校共同商定的。

记者:你们在校内必须与行政系统打交道。他们效率如何,是否曾遇到棘手的事儿?

张榕京:棘手的麻烦事肯定有,但大多是政策性的或其他外部原因,行政系统的老师本身是很专业高效的,每一位都对自己负责的事很清楚。我回来申请安徽省面上基金时遇到网上的申请软件出了问题,结果科技处闵老师大半夜帮我检查,想办法搞定了,真的很感动。

袁军华:科技处和人力资源部老师都很负责。

记者:您跟科大同事相处如何?网上有批评科大副校长清一色科大本科,显然是排外。你有这种被排外的感觉吗?

张榕京:我觉得科大的老师都很好相处。作为本科非科大的我,非但没有感到过排外,感受到更多的是尊重。不过科大校友对母校感情深是真的,比如军华和我中学同学,他们都希望科大越来越好。正因为如此,我感到科大的学术气氛非常浓,学术好的在科大格外受重视,不论出身。现在我也是科大人了,也希望科大越来越好。

幼儿海归记:教育与适应

记者:你们的两个孩子都在美国出生,拿中国户口,需要放弃美国的身份吗?

袁军华:这个没搞清楚,上户口还需要准生证。国籍应该在18岁选择一国。庆幸的是,在中国科大附小上学不需要户口,高中到合肥一中才需要户口。

记者:你俩的户口恢复有无麻烦?

张榕京:我曾担心会很麻烦,但实际上两小时就搞定了,因为我的户口关系从未迁移,一直在同一个北京派出所。军华的户口恢复也还顺利,就是审批需要些时间。有绿卡的学者更复杂,主要是公安部门较谨慎。

记者:小孩回国前中文怎么样,现在是什么水平?

袁军华:老大回国前中文能听能说,但在国外平时都讲英文,不怎么说中文。

张榕京:老大回国前中文读写没基础,文盲级别,现在已经学完三个学期了,进步很大。他可以和同班同学一样参加考试,而且功课已经达到平均水平以上了。英文现在还不错,我们之前担心把英语忘了,因为不少孩子6个月之后就拒绝说英语。因此也需要在家创造环境,有机会就说,看英文小说电影、动画片等等。老二五个月空降合肥,对美国没记忆,现在才学说话呢。

记者:孩子们上学适应了吗?

张榕京:老二还没上幼儿园,老大在科大附小,当初是二年级下学期,现在学完三年级,将要上四年级,适应比较快,也有朋友了,喜欢和座位离得近、比较活跃、兴趣相投的同学一块玩。

记者:你们认为中国科大附小的收费、教学质量、教师素质如何?

张榕京:科大附小对科大教工子弟免学费与书本费(对外招的学生收)。我孩子的几位主要课程教师非常负责任,主动与我联系,关心孩子学业、能力、身心健康等各方面的成长,针对我家孩子的特点帮助他,很让人感动。其他课程的老师也和我有过交流,会在平时点点滴滴地引导帮助孩子。我刚回来时不懂得要跟老师联系,他们主动来联系我。语文和数学老师都花很多时间和我长谈,英语老师还亲自到我们家里来了解情况。

记者:是被中国科大人力资源部暗示派过来的吗?

张榕京:不是。英语老师从孩子班主任那里知道他这个新同学刚随父母回国定居,英语基础好,但并不了解具体家庭背景。

袁军华:老大以前在国外的老师也做不到如此细致。

张榕京:语文是个老大难问题,语文不好,数学也会跟不上的。我儿子在国外没上过中文学校,刚去附小时是中文文盲,大字不识一个,那时要做题,题目都看不懂。而幸运的是,语文老师非常开明有经验,不是我们儿时那种要求孩子言听计从,而是尊重孩子的创造性和主动性,还特别鼓励我儿子问问题,想尽办法帮助我儿子跟上,连他犯错误被教育的时机都利用起来,结果孩子的进步非常明显,只一个学期就跟能上大部分同学了。而刚开始的时候差距是非常大的,很困难。

记者:他该压力最大了?

张榕京:是的,起初最担心他,他挺不住我们就挺不住了!

记者:但孩子适应能力也是最强的。有海归孩子彻底歇掉了么?

张榕京:也有啊,也听说有努力两学期跟不上,孩子和妈妈撤回美国去了的。儿子第一学期结束时他基本能独立完成作业了,当然还需要家长辅导;第二学期期末时就能跟其他同学一道正常考试了。这么快的适应,跟几位老师的努力帮助分不开。我对这几位老师特别感谢,没有他们的帮助,我们根本没法安心工作。

记者:那你们真的感谢过吗,给点实际的?

张榕京:我不知道该怎么感谢啊,真该给老师送红包(笑),但老师们很正直,据说如果要送钱,他们会觉得是侮辱。我们希望通过教育好自家孩子,多支持班级活动,尽可能多为孩子们提供科普机会来报答老师们对孩子的付出。百年树人,他们值得最郑重的敬意和待遇。

校园生活全记录

记者:一家人住房是什么情况?

袁军华:现在住80平米的东区周转房。青年千人的房是科大花园第二期155平米,最近拿了号。

记者:2012年MITBBS多次出现匿名文章,主要批评为:第一科大不兑现承诺;第二,学校将青年千人请去,各个击破,把合同都改了。此事引起很大议论。你们是否遇到这种情况?

袁军华:我们没改合同。所谓修改合同,应当为有些青年千人入选者,先入选科学院百人计划。他们必须将百人计划的待遇修改为青年千人合同(这是正常手续)。我们没有这个问题。
记者:您2012年6月到位,2014年底新房才封底,是否有意见?所谓2014年底封顶,是否此时还没开工?

袁军华:能早点拿到房子当然更好,不过校内居住的周转房也挺方便,上下班走路几分钟。将入住的新房是每平方米三千元,刚分配拿到房号时大家伙还一起去看了看,那时已经盖了三四层,现在已经盖挺高了,希望能像预计的那样,年底交房。

注:2014年8月,科大花园二期25#楼盖到23层;33#楼盖到28层。

记者:三千乘以一百五,你们要准备近50万元现金,能否贷款?

袁军华:有些教授还商量用公积金贷款之类。青千正好有50万住房补贴,每位引进人才另加10万装修费。因为科学院百人计划入选者每位获得60万住房补贴,科学院就把青千的差额补上。

记者:科大号称周转房拎包入住,真做到了吗?我听说过一次对周转房的批评,过年前报道入住,发现玻璃与门窗有损坏,而年前又找不到人修缮。周转房具体有什么家具与facility?

袁军华:不会啊。确实是很好,进去就能住。

榕京:我们修理过暖气水管,换过煤气表,那是装修的小问题。电器有热水器,床和家具都有。当然电视,电话,冰箱与网络自购。

记者:你们两位双教授,家里平时如何开伙?

袁军华:我妈妈在家里做。要大人只有我俩,就经常去吃食堂,反正食堂就在东区。

记者:海归几个月,有没有到哪儿旅游玩玩?

张榕京:还没有。因为实验室启动、还要照顾两个孩子,没什么时间。当然带小孩逛过科技馆。除了买菜,现在让我出去逛商场,都不知道在哪儿。

袁军华:物理学院暑期开办未来物理学家国际夏令营,期间周末带学生去黄山,当时下雨就没敢上黄山。怕滑,只是在西递宏村玩了玩。

记者:你是未来物理学家夏令营秘书长吧,除科研你还承担教学任务与公共服务。这占用科研时间多吗?

袁军华:不多。夏令营就两周。第一年一般不教课,下学期我教本科生专业课——单分子生物物理。

记者:来个科大官方不会这么问的。今年雾霾这么严重,对小孩有影响吗?大人与孩子们在合肥是否生病去过医院,排队困难吗?
(注:2013底至2014年初,中国南方包括上海、南京、合肥、杭州等地均遇雾霾,特定时段严重程度超北京。)

张榕京:回国时没考虑过国内的空气污染这么严重,根本就不知道。

袁军华:挺担心的。家里放净化器,小孩还没什么反应,大人还经常感冒。老二去过一次省立儿童医院,去的那天还行,没等多久。大人只是去过科大校医院做入职体检。

记者:回来这大半年,对工作和生活环境打分,满分十分你给多少分呢?

张榕京:工作环境可以到十,生活环境我们还在适应。空气环境是很大因素。此外还需要适应混乱的生活秩序(笑)。国内哪儿都是行人随意过马路,像过菜市场一样不看指示灯。哪怕机动车道是绿灯已经开车了,横过马路的照样一堆人。国内各城市大都如此,不够重视安全。

张榕京教授简介

张榕京(女),1974年7月生,北京人,1992年从人大附中考入清华大学工程力学系;2000年获得中科院力学所硕士学位;2006年获得加州理工学院航空与应用物理博士学位,随后在麻省总医院及哈佛医学院、哈佛大学Rowland Institute开展博士后研究。2013年出任中国科学技术大学物理系教授,她是中组部青年千人计划入选者。

袁军华教授简介

袁军华,1976年1月生,1993年从江西泰和中学考入中国科大近代物理系,高考成绩在江西省理工农医类考生中名列第四,毕业时荣获本科生最高荣誉奖学金——郭沫若奖。2005年获得加州理工物理学博士学位。2006年至20012年,在哈佛大学分子及细胞生物学系及物理系从事博士后研究。2012年入选中组部青年千人计划、中科院百人计划,出任中国科学技术大学物理系教授。 

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说明:标题为编者所加,未经被采访者本人审核。新创基金会秘书长刘志峰整理报道。




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