科学总是充满着神奇的巧合,卢煜明最重要的科学发现,就是从煮着泡面的锅里发现的。
11月23日,香港中文大学医学院教授卢煜明获选为中国科学院院士,以表彰他在遗传研究方面重大的成就和贡献。卢煜明是中国香港地区本年度唯一获选的学者。
“无创产前检测之父”卢煜明,是屠呦呦之后又一个拉斯克奖中国得主——拉斯克奖是公认的诺奖风向标,仅过去4年,就有7位拉斯克奖得主获得过诺奖。当选中科院院士前,他已经是英国皇家学会院士、美国国家科学院外籍院士,并在2016年获得汤森路透引文桂冠奖——这是另一个诺奖风向标。
荣誉,不断落在卢煜明身上。然而,这并不是一飞冲天的爽文故事。荣耀背后,是一位科学家30多年的努力,以及在“死胡同”里的8年碰壁。
直到煮面的水沸腾起来,一切才豁然开朗。
24岁还没突破,
人生就完了
今年60岁的卢煜明,有着很符合人们想象的儒雅气质。公开露面时,他经常穿着一丝不苟的西装,戴着眼镜,笑眯眯的样子。
1963年,卢煜明出生在香港一个富裕家庭,父亲是一名成功的精神科医生,和很多中国父亲一样,他很严厉,但培养了儿子对科学的兴趣。卢怀海时常在儿子面前练习科学演讲,并让喜爱摄影的卢煜明帮他制作幻灯片。
母亲在家中扮演“唱红脸”的角色,更温柔。她是一名钢琴家和歌手,教儿子弹钢琴。但卢煜明没有表现出对音乐的热情,他更喜欢读《国家地理》《探索》等科学杂志,或者摆弄父亲送的佳能照相机,躲在暗房里洗照片。
小学毕业后,卢煜明考上香港著名的圣若瑟中学,这是一所教会学校,曾培养出华裔诺奖得主高琨。
卢煜明对生物学的兴趣由此开始。他被沃森和克里克的故事所吸引——两人是剑桥大学的科学家,发现了DNA双螺旋结构,这成为20世纪最重要的科学发现之一。当时,沃森才24岁。
卢煜明记住了沃森的一句话:如果24岁还没有重大突破,人生就完了。“当时我16岁,想到只剩数年,必须赶快努力。”
4年后,卢煜明同时获得香港大学、剑桥大学和斯坦福大学的录取通知。对剑桥的向往让他放弃了颇有前途的斯坦福大学电气工程专业,远赴英国学医。
“初生牛犊”卢煜明可能想不到,24岁前成名,并不是件容易的事。
8年“死胡同”
1986年,从剑桥毕业的卢煜明转入牛津大学进行临床培训。有一次,他听了一场关于PCR技术的讲座,这是一种可以在生物体外快速大量复制DNA以进行医学检测的新技术。
2020年8月18日,市民在安徽铜陵市妇幼保健院接受免费产前(唐氏)筛查。(@视觉中国 图)
卢煜明对此着迷了,他相信,这是会改变世界的技术。讲座之后,他立即拜访演讲者,请求对方教他PCR技术。卢煜明因此成了第一批学习这项技术的人。
牛津大学要求所有学生都要学不同专科,卢煜明因此接触到之后伴随他整个学术生涯的妇产科,也注意到这个领域的一个难题。
当时,产前检测已经很普遍,但检查主要使用羊膜穿刺技术,而这会增加千分之五的孕妇流产几率,卢煜明思考能否有更安全的方法。
1987年,24岁的卢煜明做出第一个科学猜想:胎儿的细胞或许能在母亲的血液内找到,这样就可以通过检测孕妇血液来寻找胎儿的DNA。这挑战了“婴儿和母亲的血液循环系统是分开的”这一学术界主流观点。
卢煜明需要设计实验检验自己的猜想。在一次同学聚会上,卢煜明和朋友聊到将来要不要孩子、要男孩还是女孩的话题,他马上想到,如果母亲怀的是男婴,其血液内如果能检测到独属于男性的Y染色体,就能证明自己的猜想。
卢煜明随即使用PCR技术做实验,果然在怀男婴的孕妇血液中发现了Y染色体。1989年,卢煜明的这一发现发表在顶级医学期刊《柳叶刀》上。
“初战告捷”的卢煜明觉察到这项研究的广阔前景。1990年实习医生阶段结束后,他放弃了待遇优渥的医生职业,打算攻读博士,继续研究。
父亲卢怀海并不赞成这项决定。他不理解儿子为什么拿了执照后不去做医生,而且海外学生在牛津读博士学费极贵,每年要1.5万英镑。卢煜明申请到4家奖学金才够缴付学费。
“教授只保证给我支付3个月的助教薪金,之后要自己想办法。”卢煜明回忆道。
在牛津大学读博时,经朋友介绍,卢煜明认识了同样来自中国香港的女生黄小玲。她当时在牛津攻读男性占绝对主导的半导体物理学领域的博士。“这吸引了我的注意”,卢煜明说。
黄小玲美丽、活泼,对科学有和卢煜明一样的热情,他们很快相恋并在一年半后结婚。
情场得意的卢煜明,研究进行得并不顺利。尽管母亲血液内有胎儿细胞,但浓度一直很低,凭此分析胎儿DNA很容易出错。卢煜明试了各种办法让检测更准确,其他对此感兴趣的学者也做了很多尝试,但都没什么进展。
读了3年博士却并没有研究出成果,博士毕业后,卢煜明一边当医生,一边用工作之外的时间继续研究,但从1989年到1997年,整整8年,他陷入了“死胡同”,一无所成。
国学大师王国维在《人间词话》中说,成大事业、大学问的人,会经过三重境界:走上一条孤独的路(昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路);为之煎熬、苦苦求索(衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴);最后,“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。”
卢煜明在等待那个“蓦然回首”的机会。
煮泡面的灵感
1997年,卢煜明夫妇决定回港发展,卢煜明也在香港中文大学拿到高级讲师教职。
中国香港,香港中文大学校园。(@视觉中国 图)
研究进展依旧不顺利,卢煜明知道,再不出成果,自己将不得不开始一个新的研究方向。
那时候,卢煜明偶然看到了发表在《自然医学》上的两篇论文,提到癌症患者血浆中存在肿瘤DNA。胎儿和肿瘤有相似性,二者都依靠外界(母体或患者)提供营养。卢煜明推测,孕妇血浆中,也可能存在胎儿的DNA。
这有悖“常识”。
血液分血细胞和血浆两个部分,后者90%是水,是负责运输血细胞和代谢废物的媒介,一般来说,做血液实验,第一步就是把血浆分离出来扔掉。
卢煜明却想在“垃圾堆”里寻宝。要证明自己的猜测,他需要想办法从血浆中提取出胎儿的DNA。
因为在英国读书时嫌食物不好吃,卢煜明有煮泡面的习惯。有一天,他像往常一样拆开一袋泡面下到沸腾的水里,望着和DNA一样呈螺旋结构的泡面,他突然想到,可不可以把血浆也“煮”上5分钟?
血浆内有大量蛋白质,包括可以破坏DNA的酶,加热血浆可以破坏这些蛋白质。卢煜明立刻用低成本的“土方法”行动起来,几周后的一个午夜,他得到了实验结果。
孕妇血浆中不仅有胎儿DNA,其浓度还是血细胞中的10万倍!
欣喜若狂的卢煜明立刻给太太打电话,他说:“我不敢相信这就是答案,此前整整八年,我都把最好的部分丢掉。”
这项发现随后发表在《柳叶刀》上,成为整个无创产前检测技术的基础。2016年,其被引用次数超过了1000,成为科学史上被引用次数最多的论文之一。
卢煜明再接再厉,探索用孕妇血浆中的胎儿DNA检测各种遗传疾病的办法。他在2007年成功解决唐氏综合征产前无创检测问题,唐氏综合征是一种染色体变异导致的遗传病,患儿会有明显的智能落后、特殊面容和生长发育障碍,2015年,全球患者超过540万。
在冰岛和丹麦等产前检测发达的国家,因为卢煜明的技术,唐氏综合征几乎绝迹。
拿到唐氏筛查的“圣杯”之后,卢煜明继续探索无创产前检测技术的潜力,他希望能对整个人类胎儿基因组进行测序。
卢煜明把任务比喻成解决两个混在一起的拼图游戏,一个是胎儿的基因组,一个是母亲的基因组,但每个拼图都有数百万个片段,他很难找到解决办法。
研究又陷入僵局。
第一个脚印
2009年夏天,抱着放松的打算,卢煜明和太太走进电影院,看那部火爆全球的电影《哈利·波特与混血王子》。当他们戴上3D眼镜时,卢煜明看到哈利·波特的标志“H”飞向他们。
“突然间,在3D电影中,H在我看来就像两条同源染色体”,卢煜明意识到,胎儿的每对染色体,一半来自父亲,一半来自母亲,此前他只用母亲这边的一个方程式去解决,如果换成两个方程式呢?
2个小时里,卢煜明不断在脑海中验证自己的猜想,他对电影内容完全没印象,但胎儿基因图谱测试就此开辟通道。
“我相信将来每个人的基因图谱,在他们一出生或还未出生前就已经做好了。”卢煜明说。
人类历史上不少重要科学成就,都是由生活中的琐事引发。比如阿基米德洗澡时溢出的水,砸在牛顿头上的苹果,以及卢煜明煮的螺旋状的泡面。
那是经过“为伊消得人憔悴”一般的苦苦探索后的“蓦然回首”时刻。不经历前两种境界,不会有豁然开朗的收获。
60岁的卢煜明还在继续做研究。他每天8点起床,吃下一碗玉米片后,8点15准时去实验室。经过一天的会议和各种头脑风暴,卢煜明会在晚上7点回家,和太太一起吃晚饭,然后继续到实验室工作——他效率最高的工作时段在午夜前后。
工作之外,卢煜明酷爱摄影和旅行,他觉得科研和旅行相似,都是去一个从未涉足过的地方。
2016年,在获得未来科学大奖后接受媒体采访、谈到做研究的动力时,卢煜明引用了杨万里的诗《庚子正月五日晓过大皋渡》。诗歌描绘了这样一个情景:诗人坐着渡船去寻找一个小村庄,但是视野被雾笼罩,只能凭鸡鸣狗吠之声辨明前方村落所在。当他最终到达目的地时,渡船上积满了厚厚的霜,他在雪白的船板上踏上了第一行脚印。
“渡船满板霜如雪,印我青鞋第一痕。”
卢煜明也在科学史上踩下了自己的脚印。
转自《看天下》杂志