「寧在一點打井，不可到處挖坑。」回憶過去10餘年的科研之路，中國科學院生物物理研究所（以下簡稱生物物理所）研究員劉超培感慨頗深。
2010年博士畢業後，劉超培曾以兩年「閃電戰」的速度發表了重要成果，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表的論文數量僅有兩篇。談到此事，劉超培對《中國科學報》坦言："這11年，我只想把一個問題弄清楚。"
近日，劉超培耗時11年的研究終於登上《科學》。這項研究破解了染色質結構和DNA複製領域30多年的難題。審稿專家高度肯定了這項研究的價值，並稱其「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："堅持總會有收穫，雖然來得晚了點。"
從"五年計劃"到11年的"持久戰"
2010年夏天，劉超培從中國科學院高能物理研究所畢業，來到生物物理所。
劉超培在博士期間曾參與生命科學的交叉研究，於是他決定在表觀遺傳結構生物學領域的領導者許瑞明的實驗室開啟博士後研究。
兩年後，劉超培就打贏了在表觀遺傳學領域的「第一仗」：成功解析了組蛋白變體與伴侶蛋白複合物的結構，解決了領域內困擾多年的變體識別問題，並以第一作者身分將此成果發表於《自然-結構與分子生物學》。
接下來，初戰告捷的劉超培把目光瞄準了領域內的「終極問題」。
自上世紀70年代起，染色質結構和DNA複製的關係日益被重視。 1989年，美國冷泉港實驗室生物化學家Bruce Stillman首次發現了CAF-1，此複合物緊接在DNA複製複合體之後，負責染色質的組裝。然而，其結構一直未被解析，使得許多關鍵問題無法解釋。這是組蛋白伴侶研究方向中被公認的「硬骨頭」。
2012年末，劉超培在深入思考後，準備主動接受這個挑戰。他清楚，如果能真正看清CAF-1複合體的結構，將會極大促進對核小體組裝過程的認知，「要做就做最難的」。
有了博士後研究期間打贏"閃電戰"的自信，他給自己定下了"五年計劃"，希望5年內能在這個問題上取得突破性進展。
起初兩三年，研究順利得超乎想像。劉超培採取「分段」的研究方法，將不同片段組合的CAF-1進行大量結晶條件篩選，成功解析了CAF-1核心部分3.5埃的晶體結構，從而揭示了CAF-1自身的柔性結構：大亞基"像一條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。」劉超培告訴《中國科學報》，研究初期的成功讓團隊對解析CAF-1與組蛋白複合物的結構信心倍增，勝利的曙光彷彿近在眼前。
那時的他還沒有預料到，接下來的研究會陷入僵局，「五年計畫」將演變為一場耗時11年的「持久戰」。
「垃圾箱」挖出寶藏數據
那幾年，搞科研的劉超培像是個「患上高度近視的人」。
「結構生物學要眼見為實，如果一直看不清，就無法進一步了解結構和作用機制。」劉超培介紹，與博士後階段的組蛋白辨識研究工作不同，此次研究包括組蛋白的傳遞、修飾和最終組裝過程，有許多因子參與其中，研究難度也呈指數級上升。
在解析CAF-1的三元晶體結構後，劉超培引入了組蛋白，試圖得到完整的複合物，這意味著樣品性質更不穩定、結晶條件更難篩選。另外，樣本顆粒物太小，且落在冷凍電鏡的「視覺盲區」。
在不斷嘗試中，研究遲遲沒有取得進展。直到一次蛋白純化的實驗中，劉超培發現一條雜帶怎麼也去不掉，質譜鑑定結果顯示雜帶是桿狀病毒的PCNA蛋白（增殖細胞核抗原）。他立刻聯想到，在染色質結構重建和DNA複製期間，CAF-1、組蛋白、PCNA和DNA都扮演重要角色。如果把它們組裝在一起，會碰撞出什麼樣的火花呢？
實驗結果很快就出來了，不出意外又是「失敗」——在引入更多變數後，不但沒有得到理想中的大型複合物，反而更為複雜、更難以觀察。
但其中一個現象引起了劉超培的注意：在資料處理過程中，某些碎小顆粒的分辨率有改善的跡象。他大膽推測，也許DNA在其中扮演了緩衝劑的角色。
於是，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影像頓時清晰可辨。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。
在劉超培看來，這誤打誤撞的靈感時刻，宣告著所謂「垃圾數據」的勝利。
他介紹，在許瑞明實驗室，數據不會被貼上「有用」或「垃圾」的標籤。即使實驗沒有得到預期的結果，也不意味著失敗；相反，只要數據足夠可靠，都可以嘗試從看似無用的「垃圾數據」中挖掘出有價值的線索，以幫助後續課題推進。
「另外，合作也很重要。」劉超培感慨，研究的最終突破離不開所裡其他課題組的鼎力支持，大家齊心協力對CAF-1的結構與功能做了完美的詮釋。
2022年夏天，經過整整10年的探索，劉超培所在團隊終於向《科學》編輯部提交了論文。出乎意料的是，他們收到了一封拒稿信——儘管這項研究引發了審稿人的濃厚興趣，但由於這是前所未有的突破性發現，編輯部要求研究團隊提供更詳細的證明，建議補充資料後重新投遞。
在補充實驗的一年裡，劉超培每天必做的事就是搜尋領域進展，看工作是否被國際同行搶發。
現在看來，那時的劉超培似乎多慮了。因為直到今年，國際同行新發的CAF-1論文仍停留在霧裡看花的階段，與生物物理學所CAF-1研究的「集大成者」還有很長一段距離。
經過一年的修改，他們的第二次投稿終於順利接收。審稿專家高度肯定了這項研究的價值—「研究開拓出新的方向」。僅兩個月，論文便在《科學》正式發表。
發表並不是研究的終點。劉超培說，解決了一個問題，並不代表研究已經結束，反而會引出更多新的問題、新的視野。接下來，他將繼續深耕這一領域。
「萌芽已經出土，參天大樹未來可期。」北京大學生命科學學院教授李晴點評說。
"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」實驗數據，直到凌晨3時許。他寫下一句勉勵自己的話："咬定青山不放鬆，不破樓蘭終不還。"
寫下這句話是在2017年，本該是「五年計畫」的收官之期，但在真正破解CAF-1的「終極難題」之前，劉超培又鏖戰了6年。
一項研究的資助週期通常是3到5年。在研究前幾年，也有朋友勸他將現有結果整理發表，然後轉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"，短期內可能會發表不少論文，但那不是他真正想要的科研。
"如果做了很多年，一直沒有結果怎麼辦？"
"那就繼續研究吧。"
劉超培告訴《中國科學報》，他能花11年時間打贏這場科研"持久戰"，底氣來自一個包容、務實的科研環境。
即便在研究陷入僵局的那幾年，實驗室對該計畫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，並讓他「保持平常心，繼續探索」。
一直以來，劉超培所在的實驗室秉持著「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後，必須有系統解決領域內的重大問題，不輕易更換課題與方向。
如今，劉超培已經在生物物理所工作了10多年。對他來說，這裡是一個承載著許多回憶和收穫的地方。他清楚記得，第一次來北京朝陽區大屯路15號，還是在10多年前的博士後面試時。那時這裡只有幾幢小樓，如今，實驗室窗外的喬木已亭亭如蓋。 （記者孟凌霄）
來源： 中國科學報
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