“寧在一點打井，不可到處挖坑。”回憶過去10余年的科研之路，中國科學(xué)院生物物理研究所（以下簡稱生物物理所）研究員劉超培感慨頗深。

　　2010年博士畢業(yè)后，劉超培曾以兩年“閃電戰(zhàn)”的速度發(fā)表了重要成果，可緊接著便是“超長待機”般的沉寂。過去11年間，他以第一作者和通訊作者發(fā)表的論文數(shù)量僅有兩篇。談及此事，劉超培對《中國科學(xué)報》坦言：“這11年，我只想把一個問題弄清楚?！?/p>

　　近日，劉超培耗時11年的研究終于登上《科學(xué)》。這一研究破解了染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA復(fù)制領(lǐng)域30多年的難題。審稿專家高度肯定了這項研究的價值，并稱其“開拓出新的方向”。作為第一作者兼通訊作者，劉超培在朋友圈寫道：“堅持總會有收獲，雖然來得晚了點?！?/p>

　　從“五年計劃”到11年的“持久戰(zhàn)”

　　2010年夏天，劉超培從中國科學(xué)院高能物理研究所畢業(yè)，來到生物物理所。

　　劉超培在博士期間曾參與過生命科學(xué)的交叉研究，于是他決定在表觀遺傳結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物許瑞明的實驗室開啟博士后研究。

　　兩年后，劉超培就打贏了在表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域的“第一仗”：成功解析了組蛋白變體與伴侶蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，解決了領(lǐng)域內(nèi)困擾多年的變體識別問題，并以第一作者身份將該成果發(fā)表于《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》。

　　接下來，初戰(zhàn)告捷的劉超培把目光瞄準了領(lǐng)域內(nèi)的“終極問題”。

　　上世紀70年代起，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和DNA復(fù)制的關(guān)系日益被重視。1989年，美國冷泉港實驗室生物化學(xué)家Bruce Stillman首次發(fā)現(xiàn)了CAF-1，這一復(fù)合物緊隨DNA復(fù)制復(fù)合體之后，負責染色質(zhì)的組裝。然而，其結(jié)構(gòu)一直未得到解析，使得許多關(guān)鍵問題無法解釋。這是組蛋白伴侶研究方向中被公認的“硬骨頭”。

　　2012年末，劉超培在深入思考后，準備主動接受這個挑戰(zhàn)。他清楚，如果能真正看清CAF-1復(fù)合體的結(jié)構(gòu)，將會極大促進對核小體裝配過程的認知，“要做就做最難的”。

　　有了博士后研究期間打贏“閃電戰(zhàn)”的自信，他給自己定下了“五年計劃”，希望5年內(nèi)能在這個問題上取得突破性進展。

　　起初兩三年，研究順利得超乎想象。劉超培采取“分段”的研究方法，將不同片段組合的CAF-1進行大量結(jié)晶條件篩選，成功解析了CAF-1核心部分3.5埃的晶體結(jié)構(gòu)，從而揭示了CAF-1自身的柔性結(jié)構(gòu)：大亞基“像一根柔軟的繩子蜿蜒展開”，兩端分別拴住兩個球狀的小亞基。

　　“這是一個很好的開始，證明我們的方向是對的?！眲⒊喔嬖V《中國科學(xué)報》，研究初期的成功讓團隊對解析CAF-1與組蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信心倍增，勝利的曙光仿佛近在眼前。

　　那時的他還沒有預(yù)料到，接下來的研究會陷入僵局，“五年計劃”將演變?yōu)橐粓龊臅r11年的“持久戰(zhàn)”。

　　“垃圾箱”里挖出寶藏數(shù)據(jù)

　　那幾年，搞科研的劉超培像是一個“患上高度近視的人”。

　　“結(jié)構(gòu)生物學(xué)要眼見為實，如果一直看不清，就無法進一步了解結(jié)構(gòu)和作用機制。”劉超培介紹，與博士后階段的組蛋白識別研究工作不同，此次研究包括組蛋白的傳遞、修飾和最終裝配過程，有許多因子參與其中，研究難度也呈指數(shù)級上升。

　　在解析CAF-1的三元晶體結(jié)構(gòu)后，劉超培引入了組蛋白，試圖得到完整的復(fù)合物，這意味著樣品性質(zhì)更不穩(wěn)定、結(jié)晶條件更難篩選。另外，樣本顆粒物太小，且落在冷凍電鏡的“視覺盲區(qū)”。

　　在不斷嘗試中，研究遲遲沒有取得進展。直到在一次蛋白純化的實驗中，劉超培發(fā)現(xiàn)一條雜帶怎么也去不掉，質(zhì)譜鑒定結(jié)果顯示該雜帶是桿狀病毒的PCNA蛋白（增殖細胞核抗原）。他立刻聯(lián)想到，在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)重建和DNA復(fù)制期間，CAF-1、組蛋白、PCNA和DNA都起到重要作用。如果把它們裝配到一起，會碰撞出什么樣的火花呢？

　　實驗結(jié)果很快就出來了，不出意外又是“失敗”——在引入更多變量后，不但沒有得到理想中的大型復(fù)合物，反而更為復(fù)雜、更難以觀察。

　　但其中一個現(xiàn)象引起了劉超培的注意：在數(shù)據(jù)處理過程中，某些碎小顆粒的分辨率有改善的跡象。他大膽推測，也許DNA在其中起到了緩沖劑的作用。

　　于是，他立刻嘗試用不同長度的DNA片段進行測試，當試到30-bp DNA時，冷凍電鏡下的CAF-1圖像頓時清晰可辨。當用更長的147-bp DNA時，他竟獲得了意外之喜：右手螺旋核小體中間態(tài)。

　　在劉超培看來，這一誤打誤撞的靈感時刻，宣告著所謂“垃圾數(shù)據(jù)”的勝利。

　　他介紹，在許瑞明實驗室，數(shù)據(jù)不會被貼上“有用”或“垃圾”的標簽。即使實驗沒有得到預(yù)期的結(jié)果，也不意味著失敗；相反，只要數(shù)據(jù)足夠靠譜，都可以嘗試從看似無用的“垃圾數(shù)據(jù)”中挖掘出有價值的線索，以幫助后續(xù)課題推進。

　　“另外，合作也很重要?！眲⒊喔锌?，研究的最終突破離不開所里其他課題組的鼎力支持，大家齊心協(xié)力對CAF-1的結(jié)構(gòu)與功能做了完美的詮釋。

　　2022年夏天，經(jīng)過整整10年的探索，劉超培所在團隊終于向《科學(xué)》編輯部提交了論文。出乎意料的是，他們收到了一封拒稿信——盡管這項研究引發(fā)了審稿人的濃厚興趣，但由于這是前所未有的突破性發(fā)現(xiàn)，編輯部要求研究團隊提供更為詳細的證明，建議補充數(shù)據(jù)后重新投遞。

　　在補充實驗的一年里，劉超培每天必做的事就是搜索領(lǐng)域進展，看工作是否被國際同行搶發(fā)。

　　現(xiàn)在看來，那時的劉超培似乎多慮了。因為直到今年，國際同行新發(fā)的CAF-1論文仍停留在霧里看花的階段，與生物物理所CAF-1研究的“集大成者”還有很長一段距離。

　　經(jīng)過一年的修改，他們的第二次投稿終于被順利接收。審稿專家高度肯定了這項研究的價值——“該研究開拓出新的方向”。僅兩個月，論文便在《科學(xué)》正式發(fā)表。

　　發(fā)表并不是研究的終點。劉超培說，解決了一個問題，并不意味著研究已經(jīng)結(jié)束，反而會引出更多新的問題、新的視角。接下來，他將繼續(xù)深耕這一領(lǐng)域。

　　“萌芽已經(jīng)出土，參天大樹未來可期。”北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授李晴點評說。

　　“寧在一點打井，不可到處挖坑”

　　在許多人看來，如今的劉超培當屬“輕舟已過萬重山”。但熟知劉超培的人都知道，黎明曙光到來前已經(jīng)歷了11年的長夜，未來的他更不會在科研路上放慢腳步。

　　劉超培的朋友圈記錄了這樣一個夜晚：在顯微鏡前徹夜“蹲守”實驗數(shù)據(jù)，直到凌晨3時許。他寫下一句勉勵自己的話：“咬定青山不放松，不破樓蘭終不還。”

　　寫下這句話是在2017年，本該是“五年計劃”的收官之期，但在真正破解CAF-1的“終極難題”之前，劉超培又鏖戰(zhàn)了6年。

　　一項研究的資助周期通常是3到5年。在研究前幾年，也有朋友勸他將現(xiàn)有結(jié)果整理發(fā)表，然后轉(zhuǎn)到更容易的研究方向，劉超培卻堅持“必須要有更深入的研究才行”。在他看來，如果“打一槍換一個地方”，短期內(nèi)可能會發(fā)表不少論文，但那不是他真正想要的科研。

　　“如果做了很多年，一直沒有結(jié)果怎么辦？”

　　“那就繼續(xù)研究?！?/p>

　　劉超培告訴《中國科學(xué)報》，他能花11年時間打贏這場科研“持久戰(zhàn)”，底氣來自一個包容、務(wù)實的科研環(huán)境。

　　即便在研究陷入僵局的那幾年，實驗室對該項目的資助也從未間斷過，許瑞明更是給予了劉超培極大的支持與鼓勵，并讓他“保持平常心，繼續(xù)探索”。

　　一直以來，劉超培所在的實驗室秉承著“寧在一點打井，不可到處挖坑”的科研理念。在確定一個研究方向后，必須系統(tǒng)解決領(lǐng)域內(nèi)的重大問題，不輕易更換課題與方向。

　　如今，劉超培已經(jīng)在生物物理所工作了10多年。對他來說，這里是一個承載著許多回憶和收獲的地方。他清楚記得，第一次來北京朝陽區(qū)大屯路15號，還是在10多年前的博士后面試時。那時這里只有幾幢小樓，如今，實驗室窗外的喬木已亭亭如蓋。（記者 孟凌霄）