近日,北京農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院青年教師劉曉曄副教授作為共同第一作者在Cell發(fā)表題為《Tissue geometry spatiotemporally drives bacterial infections》的研究論文。該論文通過多學(xué)科交叉的創(chuàng)新設(shè)計(jì)揭示了“組織細(xì)胞單層幾何結(jié)構(gòu)特性-力信號轉(zhuǎn)導(dǎo)-感染識別”主導(dǎo)的病原菌-宿主互作新模式,提出了以Piezo1介導(dǎo)的力信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為潛在靶點(diǎn)的抗菌思路和策略,為開發(fā)針對多重耐藥菌的宿主導(dǎo)向抗菌療法奠定了基礎(chǔ),具有重要的臨床應(yīng)用前景。劉曉曄參與此項(xiàng)研究近7年時(shí)間,談及此次取得的突破性的科研成果,她表示:“在科研的迷宮中,跨學(xué)科合作就像擁有了一盞明燈——它不能直接給出答案,但總能照亮意想不到的路徑?!?/p>

“當(dāng)力學(xué)遇上微生物學(xué),一場關(guān)于‘邊界’的奇妙探索”
作為一名青年教師,劉曉曄常常在課堂上告訴學(xué)生:“科學(xué)最迷人的地方,往往存在于那些被忽視的細(xì)節(jié)中。”而這次與其博士導(dǎo)師中農(nóng)大朱奎教授、博后導(dǎo)師北大黃建永研究員、深圳先進(jìn)研究院黃術(shù)強(qiáng)研究員的跨界合作,正是從這樣一個(gè)“被忽視的細(xì)節(jié)”——組織細(xì)胞邊緣的力學(xué)微環(huán)境出發(fā),意外打開了理解細(xì)菌感染的全新視角。
跨學(xué)科合作起初充滿挑戰(zhàn)。在劉曉曄攻讀博士階段時(shí),她在Advanced science期刊上發(fā)表了一篇封面文章,初步奠定了細(xì)菌細(xì)胞感染互作的模式。此后,她來到北京大學(xué)工學(xué)院繼續(xù)攻讀博士后,基于此前細(xì)菌細(xì)胞感染互作機(jī)制的研究,他們開始猜想是否生物力學(xué)因素會影響細(xì)菌侵染細(xì)胞,而這也成為這場交叉學(xué)科碰撞出的第一簇小火苗。

劉曉曄與團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞力學(xué)微環(huán)境中的細(xì)胞外基質(zhì)剛度會調(diào)控細(xì)菌感染,并且這個(gè)感染就在力最大的區(qū)域,而無論單細(xì)胞還是細(xì)胞單層,力最大的區(qū)域就是在邊界,這是Cell這篇文章形成前的一個(gè)現(xiàn)象創(chuàng)新。
團(tuán)隊(duì)將該部分研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了biomaterials雜志上,但劉曉曄坦言,由于在論文形成上面沒有經(jīng)驗(yàn),他們在論文中將力學(xué)和生物學(xué)的兩部分研究內(nèi)容以“五五開”的形式來撰寫,導(dǎo)致在審稿的過程中很多專家看不懂,“微生物學(xué)家關(guān)注病原機(jī)制,力學(xué)家聚焦力學(xué)模型,我們需要不斷‘翻譯’彼此的語言?!?/p>
吸取了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后,他們改變了工作模式,開啟了“宿主細(xì)胞幾何特性驅(qū)動細(xì)菌時(shí)空感染”這個(gè)全新的顛覆性的研究。以生物學(xué)感染中的“同一個(gè)世界,同一個(gè)健康”為大背景,以抗感染為主要枝干來開展內(nèi)容,用力學(xué)因素作為枝葉,一點(diǎn)點(diǎn)填充滲透到論文里面來,形成“主干配枝葉”的闡述形式,最終呈現(xiàn)出通俗易懂的論文。
“堅(jiān)持是科研路上最好的通行證”
“這項(xiàng)成果是所有合作者的集體智慧,特別感謝三位通訊作者的悉心指導(dǎo)。他們讓我認(rèn)識到,永遠(yuǎn)秉持對科研的熱愛與激情,永遠(yuǎn)胸懷守正創(chuàng)新的理念,才是科研道路上最好的‘通行證’?!眲詴鲜冀K強(qiáng)調(diào)著。

最初在討論課題的時(shí)候,這個(gè)“跨界”團(tuán)隊(duì)每個(gè)月至少開一次討論會,持續(xù)了大概一年的時(shí)間,一點(diǎn)點(diǎn)找尋交叉學(xué)科研究的結(jié)合點(diǎn)。2018-2025年,這項(xiàng)課題研究整整持續(xù)了7年,在這期間更有許多的酸甜苦辣。
文章在2023年第一次投稿送審后被拒稿了,三位審稿人中的一位從多方面提出了質(zhì)疑,但是團(tuán)隊(duì)一起開會商討后決定申訴,在之后便開啟了漫長的回復(fù)時(shí)間,一直到2024年4月,團(tuán)隊(duì)在北大集合開展論文回復(fù)的文字撰寫,裝訂成冊的回復(fù)信厚度相當(dāng)于劉曉曄兩篇博士論文的厚度。再次送審后,返回來的時(shí)候狀態(tài)顯示的是mini revision,團(tuán)隊(duì)放下的心又再次懸了起來。
“在今年2月28日文章返回去的那天,我家二寶突然降生了,一周后我們就得到了這篇文章被接收的答復(fù),大家都調(diào)侃我這個(gè)娃是福娃。”劉曉曄表示,這項(xiàng)研究的時(shí)間雖然漫長,但是這一路走來所學(xué)到的知識是終身受益的。
“科研攻關(guān)過程教會我的,我傳授給學(xué)生”
“交叉學(xué)科的魅力在于,它讓你跳出固有框架,發(fā)現(xiàn)全新的邏輯?!眲詴戏e極地將科研成果融入課堂,她提出了“1+1+N”新農(nóng)科獸醫(yī)藥理學(xué)系列課程建設(shè)的教學(xué)理念,基于產(chǎn)學(xué)研一體化獸藥課程建設(shè),在原本四門課程基礎(chǔ)上,增加了交叉學(xué)科課程內(nèi)容的建設(shè),加強(qiáng)興農(nóng)獸醫(yī)藥理學(xué)交叉能力,近年來3項(xiàng)教改項(xiàng)目獲得了學(xué)校支持,并連續(xù)兩年被學(xué)校評為優(yōu)秀本科教案。

劉曉曄講授的課程中有一門選修課——“動物臨床藥理學(xué)”十分受歡迎,在課上她會向?qū)W生們普及最新的獸藥知識,用真實(shí)的科研案例開拓學(xué)生的眼界。每學(xué)期她還會安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐分享,為生病的小動物開藥方。
“班上70%左右的同學(xué)自己家中都在養(yǎng)寵物?!眲詴现v到,“我印象最為深刻的分享是有一個(gè)同學(xué)家里的貓咪生病去寵物醫(yī)院沒有看好,他自己運(yùn)用課上學(xué)到的藥理知識治好了,我非常感動。”

在劉曉曄指導(dǎo)的研究生中,有人投身高校教育,有人繼續(xù)攻讀博士。2023年,她帶領(lǐng)本科生獲得第九屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎3項(xiàng),青創(chuàng)北京2023年挑戰(zhàn)杯首都大學(xué)生課外科技作品競賽二等獎1項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)等……“我很感激在求學(xué)的路上一直都有明燈指引我前進(jìn),我也想成為別人成長成才道路上的那盞明燈,看到學(xué)生的成長,比發(fā)論文更有成就感?!?/p>
談及未來科研規(guī)劃,劉曉曄表示雖然研究的是“邊界效應(yīng)”但科研無邊界。她將圍繞“落實(shí)教育強(qiáng)國建設(shè)綱要,推動學(xué)校事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”主題主線,以“實(shí)干創(chuàng)先年”為抓手,大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神,不斷提升科技創(chuàng)新能力,加強(qiáng)與其他優(yōu)秀教師、科研平臺的合作交流,產(chǎn)出高水平科研成果,潛心研究、實(shí)干創(chuàng)先,為加快實(shí)現(xiàn)高水平農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)智慧和力量。