首创“组合策略”　优化DNA重组技术 淄博学者掀世界“分子克隆”技术革命

淡定自若谈笑风生张刚,山东省淄博籍旅美学者,1967年出生在淄博市高青县,现任哈佛大学医学院麻省总医院助理研究员。近期,他在《科学导报》杂志上发表的一篇名为《用一个克隆位点克隆慢病毒转移载体克隆效率的定量评价》的学术论文引起了世界科学界的关注。

“我提出的‘组合策略\’是对DNA重组技术方法上的优化,按照我的优化步骤,对同一种载体进行基因克隆操作,以前两年做1个,现在1周就可以轻松做5个。”张刚充满信心地说,“以后的专业生物技术教材上一定会有我的这个想法。”

星星之火点燃科研梦想

在高青迎宾馆的客房内,记者见到了刚回国的张刚博士。高挑纤瘦的身材,带一副眼镜,斯文有礼,唯一不相称的便是那显然有些着急的白发。“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。”张刚博士感慨地说,“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,指导老师带领我们做高频心电图与心脏病的关系的研究,实验过程需要给小兔子做心脏结扎手术,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。”张刚告诉记者,正是由此,他开始认为自己具备了做科研的潜质,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。

1992年,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2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。”

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”张刚告诉记者,“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,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,远走越远。

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VincentTropepe教授和AnuragTandon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Lentiviralvector(慢病毒载体),但由于这个载体很大,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,当他在下午2点走在去一个他所钟爱的皮萨店吃午饭的路上,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,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的菌落,保证了用一次实验就能得到阳性的克隆载体。

经过多次试验,张刚提出的张氏“组合策略”DNA重组研究技术终于成为一种新型、特定、简捷、高效并能够引领基因工程前沿的生命科学技术。它使基因工程研究从不确定、随机的转变成高效的、定量化的、确定性的,是克隆技术在方法论上的一场革命。

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,他被七个国际生物医学研讨会议邀请做重要生物基因工作报告,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,下一步我要做定量转基因的研究。”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。

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Madeinchina!

(文/图晚报记者李慧娟特约记者刘元阁通讯员杨洪永李勇)

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