http://www.sciencenet.cn/html/shownews.aspx?cn=1&id=2148 不久前，中國科技大學給《科學時報》傳來消息：該校施蘊渝院士的學生游凌沖獲得美 國Packard 基金會授予的Packard科學和工程獎，至此，中國科大共有7位學者獲得該獎 項。 Packard 科學和工程獎設立於1988年，旨在獎勵全美著名大學中最有潛力的年輕教授。 基金會在2006~2011年間將為游凌沖提供60萬美元資金，為這位富有創新精神的青年科學 家助跑。 游凌沖目前供職於杜克大學生物醫學工程系，任基因組科學與政策研究所助理教授。游 凌沖何以能獲得這一榮譽和資助？他究竟做了怎樣的研究工作？ 「很抱歉，我一時不知如何用準確的中文表達我們的研究。這是一項基礎性研究，對於 人們進一步瞭解、認識生物很有幫助。這項研究的歷史在美國不超過10年，未來的應用 很廣泛，在生物醫藥等領域均有應用前景。但我們還處於初步的探索階段，就像計算機 編程，起步時只是編寫簡單的程序，以後將逐漸複雜起來，將一步步地提高其功能和效 率。」大洋彼岸的游凌沖在接受《科學時報》記者電話採訪時這樣介紹。 國內鮮有科學家涉足的一個生物學熱點 閱讀游凌沖寄來的論文，記者如同看天書一般完全弄不懂其中奧秘，不得不求助於國內 生物學家。 中科院基因組研究所所長楊煥明看完論文後給記者發來電子郵件道：「我十分高興看到 中國學者涉足這一科學領域，並取得這樣的成績。我特別希望他們能夠在中國拓展這一 研究。但關於這一領域，老實說我十分外行。知之為知之，不知為不知。」 另有幾個研究機構的生物學家也給了《科學時報》記者類似的回復。 然而，為了幫助《科學時報》記者瞭解游凌沖的工作，楊煥明給美國休斯敦Baylor醫學 院著名教授DU Jie去信咨詢。 DU Jie看完論文當即回復：「謝謝你發給我的這些優秀的研究成果，儘管我對游博士的 研究不是很瞭解，但對游的合作者——加州理工大學的世界級合成生物學家Arnold的成 果卻早有耳聞。顯而易見他們在論文中描述的研究非常出色。他們已在相關領域發表了 多篇革命性論文。2004年以游為第一作者在Nature發表的那篇文章，用基因耦合方法闡 釋了細胞間相互調控生存和死亡。他們通過種群動力學調控單個細胞的行為，並描述了 細胞數量的動態分佈，儘管單個細胞的行為是可變的。這些研究是精巧和穩定的，理所 當然地成為合成生物學研究的前沿，有利於人們對細胞處理複雜的製造任務的理解以及 如何利用。他們的研究已表現出即將在合成生物學領域廣泛而重要的應用價值，從醫藥 到非傳統性能源的生產均可能得到應用。」 利用基因電路設計新的生命系統 在國家自然科學基金資助下對基因電路有過探討的中科院軟件所「百人計劃」研究員王 永吉介紹說：「游凌沖研究的是基因電路。這是一種將基因網絡和電子電路作類比的研 究方法。在這種類比之下，成熟的電路分析方法可以用來分析基因網絡的功能和結構， 還可以將電子電路的一些設計技術借鑒到基因網絡的人工合成之中。」 據美國《新聞週刊》報道，科學家正在設計新的電路，它不是採用電子零件，而是將基 因連在一起，然後將這些「電路」注入細菌體內，一種典型的基因電路遇到某一種化學 物質後能觸發基因的開關，就會啟動另一種基因能將細菌殺死。如果遇到另一種化學物 質，就會觸發第三種基因，它能使第一種基因處於關閉狀態。 2006年年初，波士頓大學的詹姆斯·柯林斯將細菌變成了紫外線傳感器。科學家將來可 能利用干細胞建造骨骼或肝臟，基因治療也會更準確，病人可以接受基因電路注射，然 後只需吞下一個包含啟動基因電路的化學物質的藥丸；如果效果不好，只需再吞下一個 關閉基因電路的藥丸即可。 游凌衝開展的研究正是朝著這樣的目標走去。他在論文中介紹說，利用工程化的手段在 細胞內從頭設計基因調控電路，對於人們深入理解細胞內生命活動機制並改造、設計新 的生命系統有著重要意義。但由於基因表達的複雜性而產生的干擾及細胞間表型的差異 ，使得實現可預測的和效果明顯的工程化基因調控電路變得十分困難。 針對這一問題，游凌沖利用菌群為模型，用群體的表型效應屏蔽單細胞表型差異帶來的 影響，以細胞間通訊為媒介，將基因調控電路與細胞的存活和死亡聯繫起來，即與菌群 數量的整體表型變化聯繫起來，從而成功地建立了與菌群數量（密度）控制相關的工程 化的基因調控電路。該模型可用數學公式進行描述，根據公式進行推論，可以對該模型 的表型進行預測，實驗結果與公式預測吻合較好。表明該工程化模型已成功建立，同時 也為探索自然生命體系中更為複雜的調控模型提供了一些線索。 科學新進展讓人們憧憬著美好未來，基因電路的研究使一些絕症有望得到治療。在這個 充滿希望與幻想的生命科學前沿，游凌沖的研究成效表明中國學者成功涉足這一領域。 游凌沖告訴記者，他雖然發表了一些論文，但還只是做了一些淺層研究。他非常樂意與 國內同行在這個領域開展深入的探討。目前，他已與中國科大生命學院聯合啟動相關研 究。 -- 世事洞明皆學問 人情練達即文章 --

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