科学家掠影

血液学《Nature》文章第一作者的科研心路历程

日期:2016-09-28  浏览次数:2425

编者按:中国生物物理学会的微信公号(ID:BPSC1979)曾经在5月19日以“重磅消息:国内学者首次在单细胞水平上追踪造血干细胞(HSC)的形成”为题,报道过军事医学科学院附属解放军307医院刘兵课题组联合北大汤富酬课题组、中国医学科学院袁卫平课题组在国际顶级权威期刊《自然》上发表文章的消息,引起了不少读者的关注。

这是全球造血干细胞发育领域内具有里程碑意义的重大发现,也是我国血液学工作者首次在《自然》杂志主刊发表论文[1]。当了解到该研究在投稿前的主体实验时间不到一年半,并且第一作者周帆(刘兵课题组)为博士三年级研究生以后,我们对这篇文章背后的故事进行了挖掘,尤其是与北京大学课题组的合作,期待能给生物专业的研究生及年轻的科研人员带来一些启发与帮助。

研究课题的确定:挑战领域难题,契合研究生兴趣

周帆把刘兵团队比喻为一艘立志扬帆远航的大船,而导师刘兵就是掌舵的船长,负责决策和方向,团队其他成员是水手,拼命把大船划向目的地。

刘兵研究员认为,确定研究生课题的一个重要前提,是发掘学生们的积极性,让他们充分了解实验室之前所做的工作,然后找到自己的兴趣点。学生只有找到自己的研究兴趣,才会有真正的动力去做实验。如果单纯地为发表文章,即使是好文章,这个过程的吸引力也没有那么大,所以学生一定要热爱自己的课题,如果不热爱,可以果断换题(周帆在硕士期间就否定过导师给的课题)。导师要常常鼓励学生们展开想象力,尝试自己感兴趣的课题。然而,非常主动、真正能跟导师积极讨论的学生其实并不是很多。周帆给刘兵研究员最深的印象就是,非常乐意与导师交流,在工作中有任何问题,几乎马上讨论,这是很难得的。

当初刘兵研究员选择“在高精度上追踪造血干细胞的起源”这一课题,是因为在胚胎造血发育研究领域,数十年来造血干细胞的精度问题都没有得到解决,即造血干细胞和其他非干细胞的造血成分是搅在一起的。很多时候,分离得到的造血干/祖细胞群体中,90%以上并非干细胞,但在临床应用上只有干细胞才和疾病治愈密切相关,所以造血干细精度问题的解决显得极为关键,并成为学者们关注的焦点。刘兵团队专注胚胎时期造血干细胞的发生与调控等研究方向,多年来积累了扎实的工作基础(如建立了简单高效的造血干细胞前体诱导移植体系等),因此他们师生同心、共同挑战这一重大科学问题。

周帆是刘兵研究员在军事医学科学院招收的第一个从事造血发育研究的博士研究生,“周帆除了工作勤奋、实验上细致之外,他的交流能力很强,特别是课题跟北大汤富酬课题组的合作,周帆的合作交流能力发挥得淋漓尽致”刘兵研究员这样评价到。

研究进展的推进:勤奋工作、积极沟通、阳光合作

勤奋工作

周帆说:“前期的主体工作,是详细调研后开展高密度实验。从2013年12月17号我第一次尝试该课题的预实验,到投稿、修稿、文章接受,整个过程中实验从未间断,心中几乎没有假期的概念。无论是周末,还是国庆、春节等各种节假日,我大多数是在实验室或动物房度过的。这段时间虽然艰苦,但值得终身铭记和回味,自身的某些性格特质也得到了磨练。”

刘兵老师很清楚,这个课题背后的工作量是非常庞大的,“为了保证实验的不断推进,摸索出最适合的实验条件,周帆个人管理的小鼠数量时常多达七八百只;同时整个合作团队仅朝着同一个方向迈进,那就是全力地推动实验,尽快投稿。”

积极沟通

前面提到过,周帆是非常积极主动、乐于跟导师交流的学生。刘兵研究员认为,在跟学生的交流过程中,学生的热情和信息对课题有很大的帮助,对导师的热情和信心也有非常正面的作用,学生和老师在这个过程中都在成长。实验完成得很好的时候,师生都很兴奋;在进展不顺利的时候,每次具体实验刘兵研究员都会亲自、甚至全程去看,一起寻找失败的原因。在筛选造血干细胞前体的特异性表面标志物时,当时觉得可能性最大、押宝也押得最大、做了大量小鼠实验的那个标志并没有成功,他们都曾感到失望和沮丧,好在筛选到第5个标记时,终于找到了理想的分子,使课题最大的瓶颈得到突破,大家都喜出望外,感觉是这个课题中最为惊心动魄的时刻。

在一年多的实验过程中,合作团队之间的沟通交流也非常顺畅,特别是跟北大汤富酬课题组的沟通很频繁,一年间单是汤老师到军事医学科学院的讨论就有二十多次。

正是由于这样频繁的交流和积极的推动,使得很多难题和障碍都能得到及时有效地解决。团队成员们全力以赴、争分夺秒,从第一次讨论到投稿,仅用了1年零3个月的时间。能在如此短暂的时间内完成主体内容,令很多熟悉造血干细胞研究领域的国内外专家们感到不可思议,尤其是在单细胞水平上首次获得成功。有些专家在看到这篇文章[1]时,他们类似的研究工作正做到一半(例如一位领域内的绝对权威,也刚刚找到一个新的标记来富集造血干细胞前体),其中有科学家甚至风趣地形容,是一种“刚爬上甲板,又掉到水里”的感觉。可见,在重大科学前沿问题的研究上,竞争是如此激烈和残酷。

阳光合作

刘兵研究员对和汤富酬课题组的合作感到非常幸运,因为结合了该课题组国际领先的单细胞高通量测序系统,使得故事的完整性和丰富性增加了很多。

更重要的是,大家都感到志同道合、互相欣赏,合作得非常愉快充实。整个合作过程中,大家看重的都是尽快推动实验,尽早解决这一科学难题,从未计较经济、学术利益的得失,就连最后文章的署名问题,大家都是互相谦让的。

文章发表之后,两个实验室将进一步加强交流与合作,共同挖掘更多有意思的、原创性强的东西。

文章投稿前、后的准备:精心准备稿件;未雨绸缪、勿停止思考和实验

投稿前

作为科研界顶级权威的学术期刊,Nature的首轮(在编辑手中)拒稿高达70%以上,进入送审环节的仅有20—30%。因此,投稿之前要做好充足的准备。

据刘兵老师介绍,他与汤富酬教授撰写、修改稿件共花了约一个月的时间,在最初版本的基础上,他每天早上6—7点开始修改,到下午3,4点发给汤老师,然后汤老师再行修改几个小时,到深夜甚至凌晨返回。这样一个月下来,稿件共有三、四十个版本。期间每个成员都积极参与讨论,并快速地获得修改所需要的数据与信息。

此外,一封写给编辑的热情洋溢的Cover letter也很重要,周帆将Cover letter的重要性比作一场演讲中的开场白,尽管可能只有短短30秒时间,但已决定了能否抓住观众的注意力。因此,在Cover letter中要充分表达课题的主旨和亮点、研究的重要意义(和以往的研究有何不同,能为学术领域带来何等重要的推进等)。

投稿后

可能很多研究生在论文投稿之后会觉得,终于可以松一口气了,但周帆从中学到的经验却是:未雨绸缪,千万别停止思考和实验,因为没有任何课题是完美无缺的,文章在审稿阶段必须继续思考以下内容:
1. 课题中有哪些不足?继续设计实验,快速推进课题,继续深入进展、细化和完善这些不足。
2. 如果审稿人不是我们的小同行,他会对哪些环节心存疑惑?可能会提出哪些问题?这就需要充分调研文献、设计新实验,从不同视角证实自己的学术观点,做到心中有数。
3. 审稿人可能要求我们继续深入哪些方面的研究?展示哪一部分新的实验数据?所以,实验绝不能停,要开拓思路,持续推进。

正是因为对以上几点有充分的思考和准备,刘兵团队及其合作者们发现,当审稿意见返回的时候,审稿人的诸多提问,其实他们已经解决了很大一部分,因此总能早早地在审稿期限到达之前,就将修好的稿件返回给编辑。

投稿后的修改:首选用“新的实验数据”回复审稿人,再付出300%的努力

在收到审稿人的意见之后,相信不少研究者都曾有过感觉抓狂的经历,因为很多时候觉得审稿人并未真正理解我们的研究成果及实验细节,并不真正熟悉我们研究领域的现状,而且要求补充的实验常常是难以实现或者需要太长的周期等等。但事实是,一篇优秀的研究论文,不仅能在学术观点上标新立异、研究结果经得起推敲,最好还能让其他领域的人读懂并基本认同(不同学术派别之间的偏见除外),甚至对他们有所启发。因此,周帆认为,经历短暂的抓狂期之后,务必沉下心,认真解读(甚至是请所有参与此项工作的人一起参与)审稿意见中的每一句话,随后列出应对方案。

周帆强调,尽管审稿人的有些提问可以用已发表论文的观点来回答,但首选一定是用新的实验数据说话。也许有人会不理解,但他们体会到这么做有几大好处:
1. 大量新的实验数据,显示出作者们回答审稿人疑惑的诚意,也显示对审稿人的尊重。他们发现,一开始提出严苛意见的审稿人,在收到含有大量新的实验数据的诚意修改后,变得非常积极,甚至成为最先赞同论文发表的人,所以切不可以负面情绪来看待严苛的审稿人,很多时候他们只是比较严谨,而且对论文有较大的兴趣。
2. 在补充实验的过程中,不仅时常获得令人惊喜的实验数据,而且能得到新的实验思路,甚至能开拓新的课题。因为其他领域的审稿人所提的貌似不专业的意见,也许恰恰能突破自己比较固化的传统思路,带来新的启发。
3. 审稿意见有时会让作者们重新审视自己数据分析的角度,因而能看到一些新鲜、有趣的实验结果和结论。

当然,如果审稿人要求补充的实验周期太长,或者现有的技术无法解决,那么就应该充分调研文献,挖掘现有数据,力所能及地悉心回答审稿人的问题了。

在获得了新的实验数据或文献调研结果之后,撰写Response是一项周帆认为“再怎么仔细、再怎么追求完美都不为过”的关键性工作。对审稿人的每一个疑惑和问题,甚至是他们的兴趣点,都点对点的、直截了当的回复,而且千万别错过添加多角度分析的机会,尽可能地从不同角度佐证自身观点,最有力度、最有诚意地回答审稿人的问题。

周帆说:“导师常常告诫我们,修稿阶段要付出300%的努力。”修稿的过程,可以说是与编辑和审稿人斗智斗勇的过程,这一过程虽然煎熬、痛苦,但一定会带来前所未有的体验与收获。最后,万一某位审稿人对一个“现有技术和理论都无法触及和实现的”疑惑或者难题一直纠缠不放,也务必耐心解释,同时及时地跟编辑沟通,争取获得编辑的理解和支持。

论文被接受以后,在正式online之前,一定不要松懈。久负盛名的期刊大都有严格的出版格式,每一次修改或调整之后,务必请多个研究参与者仔细阅读和审查,避免细节错误,贻笑大方。周帆觉得,当他经历过严苛的格式修改和文字校对后,才体会到这个环节中不容小觑的工作量及所需要的细心和耐心。

结语与展望


2016年8月周帆在美国圣地亚哥举行的国际实验血液学峰会上作报告

近期周帆投往权威会议“2016国际实验血液学峰会”的摘要被选为大会报告,而且目前多篇围绕这项工作的评述正在撰写中,说明领域内专家们对此项工作的认可与欣赏。8月28日,周帆前往美国圣地亚哥参会并作报告,报告结束后多位领域内顶级科学家主动找到周帆,对团队工作取得的成果表示大力称赞和祝贺。


周帆和知名干细胞专家Connie Eaves夫妇在峰会上的合影

据悉,凭借优秀的科研素质和优异的科研成果,周帆通过了国内外知名专家评委的严格筛选和面试,荣获2016年度吴瑞奖学金,并成为军事医学科学院首次获此殊荣的博士生。刘兵研究员作为受邀嘉宾亲自为学生周帆颁奖。


2016吴瑞奖学金获得者周帆(左)和导师刘兵研究员(右)在领奖台上

注:吴瑞奖学金:设立于2009年,被誉为生物学专业华人在读博士的最高奖项。“吴瑞奖学金旨在鼓励博士研究生努力将自己塑造成未来生命科学领域的学术带头人,同时也纪念吴瑞教授在培养中国新一代生物学家方面所做出的杰出贡献。吴瑞奖学金迄今已颁发逾八十人次。[2]

吴瑞教授(1928—2008):“国际著名生物学家,在二十世纪七十年代发明了 DNA 测序的第一种方法,晚年专注于水稻基因工程研究。吴瑞教授一生致力于促进亚洲科学研究工作的发展,并于1982年在中国创建了生物学领域的国家公派留美CUSBEA(即中美生物化学与分子生物学博士研究生)项目。CUSBEA项目历时8年,共选派了422名优秀学生赴美攻读博士学位。CUSBEA项目同时也推动了中美两国在生命科学研究领域中的学术交流。[2][3]

参考文献:
[1] Zhou F, Li X, Wang W, et al. Tracing haematopoietic stem cell formation at single-cell resolution. (2016) Nature 533: 487—492
[2] 吴瑞基金会的博客:http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=655618
[3] 纪念吴瑞教授专题:In Memoriam: Professor Ray Wu (2009) Sci China Life Sci 52: 97—134