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【校友风采】海外校友张凯:在耶鲁大学筹建实验室的“科研达人”
[ 作者:谷庆泽 来源:{来源} 浏览:2260 录入时间:2018年04月11日 ]

2017年一篇有关完整人源动力蛋白(dynein-1)超大分子复合物高清结构的文章,发表在国际权威杂志《Cell》上,提出了迄今为止动力蛋白最详尽可靠的自抑制和激活机制。它的作者就是耶鲁大学新晋研究组组长、剑桥大学博士后张凯。


张凯是我校区海洋学院2008届生物技术专业毕业生,本科毕业后保送至中国科学院生物物理研究所,2013年博士毕业后进入剑桥 MRC 分子生物学实验室从事博士后研究,主要研究方向为动力蛋白(dynein)结构机理和冷冻电镜技术方法。攻读博士期间,张凯先后发表专业期刊论文 30 余篇,博士后期间以第一或通讯作者身份连续发表 Science 封面、Cell、JSB 等多篇有重要影响力论文,以申请或受邀方式在专业学术会议做口头报告 20 余次。2015年,张凯的一篇有关《动力蛋白激活因子Dynactin结构》的论文以封面文章的形式发表在《Science》上,文章介绍了dynactin复合物(23 个亚基)的近原子分辨率冷冻电镜结构,被评审人称为“分子马达领域过去几十年最重要的成果之一,一次性回答了该领域若干悬而未决或有巨大争议的谜题”。凭借一系列重要的学术成果,他在过去两年先后获得了多家世界顶级研究机构的教职邀请,最后选择了耶鲁大学。目前张凯博士正在耶鲁大学筹建自己的实验室。

“蛋白质结构如同生命科学里的数学公式和物理定律,甚至在以后会充当生命科学里面的‘化学元素周期表’,除了帮助发现或设计新药等,它更重要的价值是作为最基础最上游的研究之一,通过影响一切与其密切相关的下游科学和技术,从而改变我们的世界。”笔者在与张凯学长交流时,他非常热情地介绍了自己现在的研究方向。“除了生物学研究应用,我也一直致力于冷冻电镜技术的发展”,他谈到,“当今结构生物学研究中普遍使用的冷冻电镜是上个世纪七八十年代开始出现、近几年才飞速发展的革命性技术,它可以快速、简易、高效、高分辨率解析高度复杂的超大生物分子结构。但冷冻电镜所涉及的冷冻成像技术和图像处理算法一直都是瓶颈,伴随着直接电子探测器的发明以及高分辨率图像处理算法的改进,这一领域直到近几年才得以高速发展。”纯粹生物背景出身的张凯,在冷冻电镜数据处理相关的数学原理和计算方法方面造诣颇深。他在动力蛋白研究之余独立开发了多款冷冻电镜程序,其中包括衬度传递函数(contrast transfer function,CTF)实时测定和矫正的程序Gctf,以及高精度实时自动颗粒挑选程序Gautomatch等,在冷冻电镜领域被广泛使用,深受同行好评。


冷冻电镜样品制作流程

“科研达人”是怎么养成的呢?

兴趣与专业融合,1+12张凯来自陕西的农村贫困家庭,上大学之前完全没有接触过计算机,但在大二他第一次接触时就非常迷恋,在很短的时间内把学校图书馆里程序设计相关的书籍几乎翻了一个遍,仅用了三个月时间便自学完了《Visual Basic》、《C++》、《Java》、《数据结构》、《操作系统》、《数据库》等课程。 “遵循自己的兴趣爱好读书学习,这样主动性就比较高,效率自然也高。”大二时他就考取了“程序员”证书,大三时考取了“软件设计师”证书。张凯在高中时就对数学与物理方面的兴趣浓厚。“自己中学时代的数学基础比较好,虽然大学选择了生物专业,但出于兴趣,把学校数学专业所涉及的许多课程都翻过了。”《近世代数》、《实变函数论》、《复变函数》、《积分变换》、《量子力学》等数学与物理的专业课程都是他在图书馆自学的。得益于大学期间对数学和计算机领域的兴趣和广泛涉猎,在生物学研究过程中遇到的很多问题自己能够独立开发技术尝试解决,不会受制于人。”张凯博士深有感触。正是广泛的兴趣和钻研,张凯把自己与同领域其他研究人员区分开来,并且在自己的科研中发挥着巨大的优势。

广泛涉猎,培养综合能力。张凯的大学生活并不只有学习一项,“虽然那个时候学校设施条件没有现在优越,但是我们的生活一样丰富多彩。”从班级学习委员、到院会成员,再到党支部组织委员,学生工作的经历让张凯学会了分析与思考、竞争与合作、理解与宽容,提高了他的统筹安排能力以及与他人沟通合作能力,更重要的是让他懂得了为人处事的原则。校外兼职家教、辩论队成员、“两课实践”都有他的身影。“当时邓小平理论课实践讨论会,很多同学都很不重视,而我却将此看作极其难得的锻炼机会,我代表班级演讲,当场引起强烈反响并赢得老师高度评价,我由此信心大增。”原本善于表达和沟通、还有些内向的张凯,在大学课堂外的工作实践和课余活动得到了锻炼,这也为他日后从事科研工作打下良好基础。

耐得住寂寞的苦学,练就朴实坚毅的科研品质。出身寒门的张凯学习上一直不敢松懈,“我知道自己不能改变出身,但我深知知识改变命运。”当有的同学沉溺于网络,在虚无的世界里消耗着宝贵的时光时,他却在图书馆里享受着“自然的奥秘”;当室友们还躺在被窝里迟迟不愿起床时,他却早已在微弱的晨光下朗读起了英语;当有人投机取巧敷衍着繁重的作业时,他却将学习看作是最神圣的使命。谈起大二刚进入老师课题组,接触科研时,张凯印象非常深刻。“先从查阅文献开始,之后是最基础的工作,像海水采样、过滤、灭菌等,简单繁琐,但是课题组的同学从不推卸,也没有偷懒的,每个同学自己培养一种微藻并观察研究。这些最基础的实验操作和最简单的研究工作,不仅极大地提高了我的实验动手能力,更重要的是让我体会到了科研工作的辛苦,培养了我吃苦耐劳的精神。”

有规划的人生才有机会触摸山峰。据张凯介绍,大三结束后,他就开始根据自己所掌握的相关知识,考虑未来的研究方向和以及合适的研究机构。在这个过程中,他很幸运在大四到中科院生物物理所进行毕业实习,期间了解到结构生物学和冷冻电镜技术,并产生了浓厚的兴趣。“它和大多数传统生物学方向不太一样,传统生物学研究主要依靠的是实验,但是冷冻电镜领域的研究把实验、理论和计算三大研究手段有机结合到一起,感觉特别适合自己,既能发挥自己数理方面的优势,同时又不至于偏离本职生物专业太远。”本科毕业实习期间他在 “电子断层三维重构”方面研究就已取得初步成果,大四下学期他代表实验室赴广州参加结构与计算生物学国际学术研讨会,和美国国立大分子成像中心、休斯顿大学、贝勒大学、日本电子、美国Gatan公司等教授和专家进行面对面的讨论,并参加了之后的冷冻电镜学习班,拿到了由著名电镜结构生物学专家和资深教授签名的证书。

被问及生物学目前比较热门的研究方向时,张凯也提出了自己的见解,“每个人的兴趣和优势都不一样,没有必要盲目从事所谓的热门方向。最有前途的方向一定是自己喜欢的,并且能够去建立、引领的方向。”他表示,自己在2007年开始接触冷冻电镜时,国内很少有人从事这方面的研究,正是由于先人一步,才给自己带来了不小的优势。“不要太趋向于热点问题,要根据自己的优势,去发现别人没有发现的方向、尝试别人没有做过的研究问题、解决别人没有发现甚至没有想过的问题,这才是健康的研究心态。一味地跟大流,人云亦云,反而是一种不健康的风气。”

谈到自己在国外的经历,张凯博士表示自己印象最深刻的就是剑桥的多元化以及包容性。“剑桥的学院制给每一位学生和学者提供了充分的交流机会,各种文化和思想互相交融。在这种环境中会极大地开阔自己的眼界,积累不同的知识。”对于留学海外,他认为与学习知识相比,感受国外大学的文化氛围可能更重要,这些能够对自己今后的视野产生很大的拓展。


张凯做博士后的剑桥实验室外景

谈到母校,张凯说:“哈工大是个非常棒的学校,在这里的学习生活终生难忘。”他非常庆幸最宝贵的大学时光能在哈工大(威海)度过。“以后如果打算从事科学研究或者技术相关的工作的学弟学妹,一定要趁着年轻、精力充沛,多看多学。欢迎学弟学妹加盟耶鲁大学我的团队。


(海角留学社 谷庆泽/  图片由本人提供)

文章发布员:张玉芹
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