顶尖学者全职归国,强势加入西湖大学,成最年轻的终身正教授之一

2021-11-23 11:17:22



11月19日,西湖大学官网发文称,就在云谷校区启用前夕,西湖大学又迎来一位实力加盟者——原美国宾州州立大学张鑫教授,全职加入西湖大学理学院,受聘为化学教授、细胞生物学教授



据悉,本科毕业于中科大,博士毕业于加州理工学院,年仅43岁的张鑫,是迄今为止西湖大学聘任的最年轻的终身正教授之一(另一位是西湖大学生命科学学院杨剑教授)。


他凭什么征服了“苛刻”的西湖评审团?


01

科学家张鑫
与蛋白质不得不说的故事

了解一位科学家的基本方式,就是从他的研究说起。

过去十年,张鑫都在与“聚在一起的蛋白质”打交道——蛋白质聚集和凝聚。作为生命的物质基础,蛋白质是构成细胞的基本有机物,是生命活动的主要承担者。而有一种蛋白质的形态引起了张鑫的注意——为什么有的蛋白质,会在微观层面上凑到一起,最终“聚”起来?

依照成因不同,这种现象分为两类:第一类是“蛋白质聚集”,指的是蛋白质在压力和病理原因下由于结构变性产生的聚集(aggregate),是一种病理现象,关乎很多危害健康的疾病;第二类是“蛋白质凝聚”,指的是蛋白质在天然状态下的凝聚(condensate,也可称为相分离),这是一种生理现象,这是从2015年开始活跃的生命科学领域年轻而热门的方向之一。

从凝聚到聚集,产生很多对细胞功能的影响,许多我们所熟知的疾病,都与它们有关,包括神经系统疾病、免疫疾病和代谢疾病等,比如阿尔兹海默症、帕金森症、渐冻人症、II型糖尿病、心衰等。

张鑫解释道:“一般来说,蛋白是一个三维结构,在较亲水的细胞环境中存在。蛋白质的表面,是由亲水的氨基酸所构成的,而内部是疏水的氨基酸。当外因问题出现时,蛋白质原有的三维结构会被破坏掉,内部疏水的基团会被翻出来——这就好比一个人的五脏六腑被翻到了体外——因为疏水,这些蛋白质只能自己凝结成团,最终导致疾病的产生。”

张鑫在Scripps博后期间的实验工作照

2010年,张鑫从加州理工学院毕业,进入位于加州圣地亚哥的Scripps研究所做博士后研究。他的导师Jeffery W. Kelly教授,在蛋白质聚集领域埋首25年,最终做出该领域的首款全球上市药物Vyndaqel。该药针对一种由转甲状腺素蛋白(TTR)聚集所导致的一种神经衰退性疾病,能有效阻止TTR由于聚集生成淀粉样蛋白。虽然TTR的聚集和药物研发让生物医学界激动,更多蛋白质聚集导致的疾病仍然无药可用,因为细胞中的蛋白质聚集是一个难以观测的过程。张鑫产生了比导师更大胆的想法:“我们能否找到普适性的方法,揭开所有蛋白质聚集的面纱?”

2015年,张鑫进入美国宾州州立大学从事独立研究,集中精力在这个领域开始探索。蛋白质聚集是一个多步骤的复杂物理化学变化过程,其中错误折叠的变性蛋白会首先形成液态多聚体,随后进一步发展成为固态聚集体。不同蛋白质聚集状态的致病机理以及代谢途径不尽相同,而当时学术界针对蛋白质聚集的致病原理有两种猜测:聚集的中间产物有毒,或者最终产物有毒。张鑫和课题组的成员齐心协力,将合成化学、物理化学、生物化学和细胞生物学的多种手段结合起来,仅仅用了四年时间就开发一系列面向活细胞内蛋白质聚集的定量成像新技术。这些工作开始揭开蛋白质聚集导致疾病的谜底:两种猜测都成立,对不同的蛋白来说,有的是中间产物致病,有的是最终产物致病。

因为这些独创的工作成就,张鑫先后斩获多个重要分量的科学奖项。包括2018年获得美国斯隆研究奖(Alfred P. Sloan Research Fellowship)。这是1955年设立的、颁发给物理学、化学和数学领域的杰出青年的奖项,以向这些“早期职业科学家和学者提供支持和认可”。这些荣誉或许就是同行们对他最大的褒奖和认可。

02

实力派少年
屡次切换赛道挑战“极限”


人生如逆水行舟,不进则退。翻阅张鑫的成长经历,他将这句话演绎得淋漓尽致。寻常人总是寻找哪条路最简单、走得最快,而他却屡屡在“简单好走”的康庄大道上停下脚步,思考、抉择,然后改变方向,朝着充满未知和挑战的那条路独行。

高考时,张鑫是中科大在河南录取的第一名,所有志愿随便挑,他填写了“中国科学技术大学化学物理系”。因为这是他的偶像钱学森创办的专业,也因为这个专业要求同时兼修化学和物理,是压力最大、负担最重、对学生要求最高的专业之一。

大学期间,张鑫开始在大连化学物理研究所做本科研究,并且在韩克利研究员的指导下,进入了理论和计算化学的领域。当同班同学都在申请出国的时候,张鑫却不断学习理论化学知识,开始发表一系列学术论文,并且选择继续留在大连化物所攻读理论与计算化学硕士学位。3年期间,张鑫发表多篇学术论文,并且获得辽宁省优秀硕士论文奖项,在2004年进入美国加州理工学院化学系。

在加州理工学院化学系读博期间,这位中国学生也一度让他的第一位博导William Goddard III十分费解。Goddard教授是著名理论化学家、美国国家科学院院士,他的课题组开发了多种计算化学方法,是张鑫最“手到擒来”的研究方向。张鑫进入加州理工攻读一年后就发现,自己特别熟悉课题组的研究手段,博士课题进展非常顺利,导师告诉他说很快就能毕业了;要知道,在这所全球顶尖的研究型高校取得博士学位并不容易,平均耗时六年。

这件事,在导师看来是值得庆贺的大事,张鑫却陷入了焦虑。他找到导师说要转组、换一个方向。对方吃惊的反应张鑫至今记忆犹新:“导师表示很不理解。他觉得加州理工博士毕业的难度不小,而我很快就可以顺利毕业,而这个学校的博士能找到很好的工作,为什么要换呢?”

但张鑫的思维却完全在另一个赛道上:“我跑了那么远,背井离乡地来这里,只是为了要顺利拿到一个博士学位?”学位在他眼里意义不大,他更在意的是自己到底学到了多少新东西,他更想做的事情是突破自己的极限。

在和导师交流之后,Goddard教授非常理解和支持张鑫的决定。他推荐张鑫去找刚刚加入加州理工不久的年轻博导单舒瓯,这是一位实验生物化学家。张鑫没有生命科学的背景,当单舒瓯第一次向他解释什么是“细胞生物学”的时候,他坦诚地回答:没有听懂。

张鑫(左)和博士导师单舒瓯(中),博士后导师Jeffery W. Kelly(右)的合影,在美国化学会年会。

“但是,他们实验室在用物理化学方法解答细胞生物学的机理问题,而我很喜欢研究机理问题,并且我对物理化学很在行,所以我想转入他们实验室。”张鑫有着自己的执着。

看中了他扎实的基础,也被他的这股热情和坚持所感,年轻的博导和一股子猛劲的学生,就这样组成了一对新“CP”。在新赛道努力四年半后,2010年,张鑫顺利毕业,并且凭借博士期间的工作,即蛋白质定位过程的分子机理,在2012年获得了美国化学会诺贝尔签名奖(ACS Nobel Laureate Signature Award for Graduate Education in Chemistry),该奖项每年仅颁给一名学生及其导师,以表彰其对于化学科学的贡献。

2012年美国化学会颁奖典礼

03

西湖新PI
选择一所没有“门槛”的大学


今年杭州的秋天格外让人艳羡。蓝天,和风,暖阳,间或出现的金色银杏或绚烂的红枫,让人沉醉其中。作为河南开封人,张鑫很喜欢杭州这座城市,或许是因为北宋开封与南宋杭州的渊源,他觉得哪儿都好,回国一个月来,“直把杭州作汴州”,一天三顿吃食堂也不嫌腻。

当然,选择西湖最重要的原因不是美景,而是他想找一所没有“门槛”的大学。

从读本科的第一天起,张鑫就注定走上了“学科交叉”之路。而对于现在他想做的事情来说,一个理学院还不够他“折腾”。

“在西湖大学,我想把生物大分子的凝聚和聚集的化学、动力学、生物学做出来,详细看清和了解这两个过程是怎么回事。”

在西湖大学吴明轩实验室(暂借空间)的实验工作照

具体说,第一块是继续开发新型的探测工具,可以在细胞内将这个生物分子的物理化学性质非常定量地测量出来。第二块是他想把这些物理化的性质和蛋白质的功能结合起来。“打个比方,过去的蛋白质成像研究是看清细胞里这些蛋白质在哪,但我们想做的是看清楚这些蛋白质到底是‘啥样’,它们的周围是‘啥样’。”在充分了解完蛋白质的物化性质后,张鑫还将寻找性质和功能的关系,破解背后的一系列问题,即蛋白质“干嘛”了:比如,为什么蛋白在某种物理化学性质下是有功能的,但性质改变了,就没有功能了?蛋白质的功能为何变强或者变弱,对应的是哪些性质的变化?“研究的第三部分,就是利用这些蛋白质的知识,针对性开发一些小分子和基因的药物。”张鑫说。

这样的研究,横跨了化学、生命科学,以及一部分工学。在张鑫眼里,崇尚小而精和学科交叉的西湖大学,完美契合了他的想象。进校仅仅月余,他已与生命科学学院PI邹贻龙和工学院PI李文彬都有了实质性的研究合作。“在这里,学科交叉没有‘门槛’,学院不同、实验室不同,都不会成为合作的障碍,跨界合作,有时候就是串个门那么简单。”他笑着说。

而对于关注他回国处境的美国同事们的关心,张鑫的回复只有五个字:忙并快乐着!

本文来源:西湖大学、弗雷赛斯,版权归原作者所有。





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