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他建立和发展了多种核磁共振新方析蛋白质的动态结构——唐淳:刺

  中科院武汉物理与数学研究所博士生导师。1998年获浙江大学生物学学士,2003年获美国马里兰大学生物化学博士,2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究,2008年至2009年在美国密苏里大学生物化学系任助理教授,2009年12月入选中科院“引进海外杰出学者计划(百人计划)”回国。

  主要研究方向为溶液核磁共振、生物物理和结构生物学,多年从事生物大核磁的新方法及应用研究,建立和发展了顺磁核磁技术并对生物大进行溶液动力学的表征。

  时尚的针织帽、红色的中式坎肩,36岁的唐淳着满身“龙”字迎接着自己的本命年。这一身“潮男”装扮走在街上,任谁也想象不到,他是一位埋首生物学研究的科学家,而且是青年科学家中的佼佼者。2011年3月,他获得国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助,成为中国内地第三位获此殊荣者;今年1月,他又荣获“霍华德·休斯首届国际青年科学家”。

  生在苏州,学在杭州,唐淳从小生活在风景如画的天堂。不过,唐淳认为,让他受益最深的是当地崇文重教的文化传统。在这种氛围熏陶下,唐淳从小对学习和研究抱有浓厚的兴趣。1994年进入浙江大学时,唐淳学的是生物,但他对化学也非常感兴趣。1998年本科毕业后,他到美国马里兰大学攻读博士学位,选的就是生物化学专业。

  提起“生化”,人们可能会想到“”,但唐淳的研究方向,其实是与治疗疾病相关的。博士在读期间,他重要的研究对象,就是人们“谈虎色变”的艾滋病毒(HIV)。如何去解析艾滋病蛋白质的溶液结构,探索艾滋病毒的生长成熟机制?此时,唐淳开始掌握一门重要的武器核磁共振技术。“和一般研究方法不同的是,我们用核磁共振技术可以分析蛋白质在溶液里的动态结构,而不是静态结构。生命本身就是运动的,在溶液状态,我们能更接近蛋白质自然的生命状态。”唐淳说。

  唐淳打开电脑,演示了几个蛋白质的跃动状态。“这些动画其实都是电脑重构的,这些并不能通过显微镜用看到,只能靠我们的技术手段,发现它们在时间、空间中的三维结构和运动轨迹,再进行重构。”唐淳说。生物大都是由氨基酸、核苷酸等组成的有机高;多个生物大由非共价相互作用则可进一步形成复合体。生物大和它们的复合体中每一个原子的空间,使得生物大呈现一定的空间形状,即三维结构。而发现蛋白质的结构,定位其中各个原子的存在方位,判定运动轨迹,唐淳说:“像在看她们跳舞”。

  正是通过溶液核磁共振技术,唐淳发现艾滋病毒为什么在不成熟状态下是球形,而成熟状态下是锥形,艾滋病毒从不成熟发展到成熟状态,与一种衣壳蛋白的结构变化密切相关。“顺藤摸瓜”似的,唐淳发现了一种能够艾滋病毒成熟的小化合物,并在美国申请专利。利用这种小化合物,制药企业有望研发出治疗艾滋病的新药。

  尽管在艾滋病毒研究方面取得了进展,但唐淳觉得:“我的兴趣在新方法研究,做一个制造工具的人”。2003至2007年在美国国立医学中心糖尿病、消化及肾脏疾病国家研究院从事博士后研究时,唐淳就将自己的研究重心转向了核磁共振新方法。他建立和发展了多种核磁共振新方法,特别是独辟蹊径,发展了用于研究蛋白质溶液动力学的顺磁弛豫增强(PRE)方法。“在核磁共振中一旦有顺磁物质,会导致研究对象的波谱信号变弱,所以一般的研究中要尽量避免顺磁的干扰。我却在蛋白质的特定点位上特意加入顺磁探针,根据波谱信号变弱的程度来计算大各个部位与探针之间的变化,从而了解蛋白质的结构的动态变化。”唐淳说。

  利用这一新方法,他得到了一系列重要发现,包括发现了艾滋病毒蛋白酶前体激活的物理机制等等。2006年、2007年、2008年,他的研究结果连续发表于Nature等重要学术上。

  2008年,唐淳从60多位来自世界各地的核磁共振专家中脱颖而出,应聘成为美国密苏里大学生物化学系(Tenure—Track)助理教授,开始了研究之旅。此后,唐淳进一步发展了顺磁弛豫增强(PRE)技术,提出了差比顺磁核磁(DISPRE)技术,这一新方法利用两种不同的顺磁探针提供的PRE观察量的比例关系,来同时得到生物大动力学变化的空间和时间尺度。目前,他所发展的顺磁核磁共振方法已经被学术界广泛采用,成为国内外相关核磁共振的必修内容之一。

  在美国学习、研究10余年,获得了的教职,买了房,定了居,唐淳实现了所谓的“美国梦”。但一场“万里一线牵”的爱情让他改变了自己的“运动轨迹”,把他“牵”回了祖国。2009年底,唐淳通过中国科学院“引进海外杰出学者(百人计划)”全职应聘至中科院武汉物理与数学研究所工作。“房子低价卖了,现在我连美国绿卡都打算放弃。”唐淳笑着说。

  在唐淳的办公室,记者正巧碰见了他的夫人,浙江大学副教授张纬萍,一位聪明、漂亮和开朗的知性女子。

  “我2008年到他的大学做短期访问学者。在一位老教授家举行的圣诞PARTY上,我们初次见面。我是研究药理学的,他是研究生物化学的,学科上还是有许多交叉点的,聊着聊着,慢慢就熟悉了。”张纬萍说。旁人听不懂的专业话题,却成了唐淳与张纬萍之间剪不断的“红线”。张纬萍回国后,俩人通过“网恋”继续保持联系。2009年12月,唐淳正式回国。2010年1月,唐淳和张纬萍喜结连理。

  为什么不选择妻子所在地浙江的研究机构,而是选择武汉呢?“这里有波谱与原子物理国家重点实验室,有国内最好的核磁共振设备。另外,在物数所,我随时可以同物理学家讨论,做原创性的方法研究。”唐淳说。“他呀,也没到别的地方多跑跑,多比比,一下子就选了这里。”张纬萍打趣道。“这就像选老婆一样,只要看对眼,一个就行了。”唐淳笑笑说。

  由于唐淳的研究领域在国内国际都属于前沿学科,回到中国,唐淳的研究更没有任何条条框框,整个科研团队,都是由唐淳一手建立。“我喜欢探索,我认为,那才是创新的源头。”

  2011年3月,唐淳获得了国际基金组织人类前沿科学计划HFSP青年人才基金的资助,成为中国内地第三位获此殊荣者。他与合作者的项目“气味受体蛋白对小识别的结构和功能研究”总分排名第四,项目资助35万美元/年,共3年。

  之后,唐淳又申请了霍华德·休斯医学研究所(HHMI)国际青年科学家,竞争十分激烈。760名申请者,只有55人有资格参加答辩,全球只有28人最终入选,中国只有7人入选。入选者可以得到“国际青年科学家”的称号和资助,做自己感兴趣的课题,知识产权归原单位和国家。唐淳获得了65万美元的研究资助。

  “虽然申请这个基金也要报项目,但他们对项目研究本身没有非常硬性的要求,主要看研究者的‘潜力’,决定是否给予资助,最后看研究者的发展情况,决定是否继续资助。”唐淳说。这和喜欢“探索”的唐淳非常对脾气。

  “参加答辩时,评委有3个是诺贝尔得主,一点都不能马虎。”唐淳说。他点开自己和一位科学家的合影,“瞧!这是其中之一,2003年诺贝尔化学得主Roderick Mackinnon(罗德里克·麦金农),今年才55岁,是我的偶像。成为HHMI研究员后,我会有很多机会和这些大科学家学习交流!”唐淳充满期待地说。

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