潮新闻专访未来科学大奖得主柴继杰：敲开“防御之门”，赴一场细水长流的冒险

潮新闻 记者 林晓晖 通讯员 沈是

(相关资料图)

8月16日上午，2023未来科学大奖名单揭晓。

柴继杰荣获三项大奖之一的“生命科学奖”。与他一同分享这个奖项的，是中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员周俭民，两人在植物免疫上的研究合作，跨度将近20年。

未来科学大奖，是中国首个非官方、非营利的科学奖项，由科学家和企业家群体共同发起，有着“中国诺贝尔奖”的美称。颁奖词写道：“奖励他们为发现抗病小体并阐明其结构和在抗植物病虫害中的功能做出的开创性工作。”

35年前，柴继杰还是丹东鸭绿江造纸厂的一名助理工程师，6年前，他已经成为中国大陆首位获得“德国洪堡教席奖”的科学家。在外人眼里，柴继杰的科研道路似乎带有一丝传奇色彩，现如今拿下又一个大奖，人们对这位西湖大学新成员的好奇拉到了满格。

20年，敲开“防御之门”

国际著名植物抗病专家李昕等人曾在《植物学报》上对柴继杰团队这项获奖研究发表专文评述，认为它“开启防御之门”，是植物免疫研究的里程碑事件。

仅2022年，柴继杰团队在国际顶级学术期刊Cell、Nature、Science发表了6篇关于植物免疫的研究论文，该一系列成果在植物免疫和抗病研究中取得重大突破。

“快吗？”

柴继杰对此的回答是：“我们为此准备了近20年。”

他把3D打印的抗病小体模型小心地收藏在办公室的玻璃柜里，为记者讲解的时候拿出来捧在手上，眼前这个黄色小花一样的物体，正蕴藏着破译植物免疫的密码。

柴继杰和3D打印的抗病小体模型 西湖大学供图

对一个蛋白质而言，如何发挥作用和它的结构息息相关。作为一名杰出的结构生物学家，在微小的生命单位内，柴继杰通过解析蛋白分子结构洞悉生命发生发展的规律。“以结构作为一种手段来解决生物问题”，柴继杰说，这是他的导师施一公教授给结构生物学下的定义，也是他解决生物问题的一把利剑。

这20年里，柴继杰主攻的植物免疫大致分成两个层面，细胞膜上，由膜表面识别受体（PRRs）直接识别病原体，包括受体激酶和受体蛋白两种；细胞内，由核苷酸结合和富含亮氨酸重复序列受体（NLRs），识别病原体的效应因子，从而引发免疫效应。

2013年前后，柴继杰团队在PRRs领域的研究已经取得多项突破，而对于胞内NLRs抗病蛋白的研究，受限于当时各方面技术条件，他们经历了一个漫长的“前夜”。

抗病蛋白的结构解析是其理论研究的一个重要瓶颈。柴继杰团队2004年就开始聚焦于此，但是抗病蛋白的构成复杂、分子量大且构象多变，对解析其结构带来了极大困难。自国际上首次鉴定到抗病蛋白以来，25年期间，多个国际顶尖实验室均未能纯化出可供结构分析的全长抗病蛋白。

突破的降临从来不是偶然。

柴继杰团队进行的动物炎症小体结构研究与植物抗病蛋白具有诸多相似性，这为解析植物抗病蛋白结构积累了宝贵经验。“它们在一级结构上具有相似性，所以很多人会默认二者在生化功能上也是一样的，而实际并非如此。”他们首先发现了抗病小体，并根据解析的抗病小体电镜结构，提出了离子通道模型。后来的实验证明，“抗病小体”确实可以抵达细胞膜，形成钙离子通道，进而引发后续的免疫反应。

20年的探索，近10年的沉寂，这是怎么做到的？

“对于科研而言，笃信和坚持比什么都重要，”柴继杰说。

“你看到最顶端的凸起了吗？”柴继杰又举起手中的抗病小体模型，实际上是它给了团队灵感，“当时我们并不知道它的确切功能，但是我们笃信自然选择的智慧，进化到这个程度，大自然为它保留这些，肯定有它的道理。”

以植物之名

植物可以说是人类文明的基石之一，特别是农作物。柴继杰经常提起爱尔兰大饥荒，1845年到1850年间，爱尔兰人口锐减了四分之一，起因就是晚疫病菌造成的马铃薯腐烂。

可人类对植物免疫知之甚少。实际上，它们和人类一样拥有着一套复杂的生物防御系统，可以识别和应对各种外来病原体的侵袭。仅仅是在细胞膜上，就有很多蛋白质肩负着对抗病原体的任务，它们像一个个哨兵，守卫着植物健康生长。

在生物学家眼里，植物这套“攻防”策略，其实是一种生物学信号传导机制。信号的传导引起一系列的反应，从而让植物产生化学物质来抵抗外部病原体的侵染。

在过去的几年中，柴继杰团队在NLR信号机制的阐明中取得了重大进展。“病原体来了之后，植物作为宿主会产生信号，继而引起一系列反应，现在我们知道NLR产生了这个信号，并且传导汇聚于钙离子。”柴继杰说，解决NLR激活的钙离子信号如何解码的问题将是进一步剖析NLR信号的关键步骤。

植物只有先天免疫，这是一种极其精微的调控。免疫不仅仅是“增强”就够了，它讲究的就是一个“合适”。如果产生反应的时机不对，或是反应过激都会对植物本身造成负面影响，柴继杰时常感慨大自然幽微又无穷的力量，“我们希望能够介入植物免疫系统的调控，让它们在合适的时间做出强度合适的反应。”

成熟的水稻 图源视觉中国

各种农作物病虫害，严重威胁农业生产。在保护作物的同时，减少化学农药的施用，是农业生产者和科学家面临的一道难题，而解决这一问题的关键，就存在于植物数目众多的抗病蛋白中。柴继杰举了个例子，在水稻中，大概有450-500个NLR受体，30000个基因中有近500个这样的受体，这足以说明它在植物免疫中的重要作用。

加入西湖大学后，柴继杰马不停蹄地组建植物免疫信号传导实验室，继续植物免疫受体的结构和生化研究，探索植物抗病的新方法。他说，西湖大学、西湖实验室和他理想中的科研环境很接近。这里提供了一个自由的、宽松的研究环境，我们能更专注地进行科研探索。“总而言之，我和‘西湖’哪儿哪儿都合适。”

在微观世界阐明植物的抗病和免疫机制之后，柴继杰和团队行至“下游”，未来，他们想通过抗病蛋白高分辨结构和作用机制的解析，设计出具有广谱、持久抗性的新型抗病蛋白，找到新的病虫害防控手段。

亿万年的自然进化中，免疫系统一直帮助植物抵抗着那些微小却又致命的危险，而这群人，以植物之名，赋予生命更坚强的后盾。

“负重者”的科研长跑

“任何时代都有少年得志、一鸣惊人的幸运儿，也有厚积薄发、大器晚成的负重者。”西湖大学校长施一公曾经这样介绍柴继杰，用今天的标准来看，柴继杰属于“输在起跑线上”的人，但他的科学人生极致地演绎了起跑不重要、后半程起决定作用的“长跑现象”。

柴继杰起初的学术背景不算华丽，从大连轻工业学院（现大连工业大学）制浆造纸专业毕业后，在一家造纸厂当了四年的助理工程师，之后考取北京石油化工科学研究院的硕士研究生。在这之前，他没有任何的生物学研究经历。直到1994年，他再次转换赛道，进入北京协和医科大学读博，才敲开了生物学的大门。

在柴继杰的科研道路上，有很多这样充满勇气和冒险的决定。

1998年初，施一公在普林斯顿大学初创实验室，向全球招聘博士后，当时已经32岁的柴继杰带着一口磕磕巴巴的英语，甚至不太扎实的生物学基础前来应试。结果令所有人惊讶，施一公录用了这位比自己还大一岁的学生。

新入职的两位博士后到普林斯顿大学报到的第一天，施一公在实验室旁边的会议室里，讲完研究课题要求和初步的实验设计，话音落下，其中一位博后去准备实验了，剩下柴继杰站着没动：“一公，你能不能再讲一遍？我没太听懂。”柴继杰有点尴尬地发问。

这样的事情常常发生。“他刚来做我的博士后的时候，我预计他的基础会很差，来了之后才发现，他的基础比我想象的还差。”施一公当时也有些无奈，但是后来，再谈起柴继杰，他总称赞柴继杰是其研究领域里国际上数一数二的科学家。施一公说，他看重的正是柴继杰从造纸厂技术员到生物物理研究所博士后这段异乎寻常的奋斗史。“在我看来，这样起跑严重落后、后程全力拼搏的人很可能会有大出息。”

这段经历对于柴继杰而言更是难忘——“那时候施老师刚成立实验室，有大把的时间带我们做实验，他在仪器上操作，我就在旁边拿个小本子记，真是手把手地教。”

谈到这里，我问柴继杰这算不算他科研生涯里一段比较艰苦的时光，他反倒不这么认为，“那时候的我连最基础的PCR实验（聚合酶链式反应）都没做过，一切对我来说都是新的。我们几个同门经常一起做实验，一边放着老歌，一做就是一天，这是我被新知识密集冲刷，最快乐、最饱满的时光。”

从普通本科生到世界顶尖科学家，在很多人看来这是一个“逆袭”的传奇故事，柴继杰经常听到这样的形容，但是他没太放在心上，他从来不相信有平白无故的成功和一夜逆袭的神话。

柴继杰（左三）在德国 西湖大学供图

科研就是一场长跑。“一年、五年甚至十年没有成果，在我们这里都是正常的。”柴继杰说，“很多人由此觉得枯燥，其实用更长的时间标尺衡量，科研是变化最多的，最具丰富性的工作。就像跑步中路过的不同风景，每个研究对象都在变化，和不同的研究领域交叉，得出不同的结论，又牵引出无数的新问题，这是多么奇妙的事。”

在和柴继杰的对话里，他总是用很平静的语气讲述，兴奋的日子，紧张的日子，似乎都没有留下更深刻的记忆。“这些都是科研的常态，要想做好科研就要有这样一颗平常心。”

柴继杰喜欢跑步，科研忙碌之余，这是他的一种放松方式。不管是快还是慢，每一步都在更接近终点，这和做实验一样，时常失败，偶尔见效，但是一切的努力都让他离目的地更近一步。

“负重者”柴继杰，将在西湖大学继续他的长跑，开启新一场细水长流的科研冒险。

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