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“中国青年女科学家奖”获得者赵慧君:催生基因诊断创新革命

发布时间:2020-04-03      作者:编辑部  
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曾荣获“中国青年女科学家奖”的赵慧君,带领团队研发出唐氏综合征的无创伤产前诊断技术,开创无创产前检验的先河。

一袭黑白交间长裙、留着齐肩短发,佩戴着精致项链……她就是香港中文大学医学院化学病理学系教授赵慧君。在她那看似娇小的身体内,蕴藏着对科学研究无尽的能量。

曾荣获“中国青年女科学家奖”的赵慧君,经过多年的努力,成功研发出利用基因测序技术,分析孕妇血液样本检测胎儿是否患有唐氏综合征,开创无创产前检验的先河。

赵慧君

“中国青年女科学家奖”获得者

香港中文大学医学院化学病理学系教授

采编、文│李慧

图|由受访者提供

缘起:基因测序筛“唐儿”

在漫长的科研生涯中,赵慧君最激动的时刻是她和团队首次研发出唐氏综合征的无创伤产前诊断技术。如今,这项革命性的技术为每年全球数百万名孕妇提供了无创产前诊断,已在全球90多个国家和地区广泛使用。

1999年,从澳州昆士兰大学医学系毕业后的赵慧君,来到香港中文大学攻读博士研究生学位。正值遗传学和基因组学进入一个崭新时代——科研人员在2003年完成对人类基因组的测序,而基因诊断的研究才刚刚起步。

“我当时就想,希望能参与到诊断医学的研究。”于是,赵慧君开始了捕捉胎儿DNA的漫漫征途——利用基因测序技术,分析孕妇血液样本检测胎儿是否患有唐氏综合征。

当时,虽然已有研究发现孕妇血液内含有胎儿的DNA碎片,但其含量极低、质量不高,想要从孕妇血液中取得胎儿的DNA样本,再从中检测出唐氏综合征患病胎儿基因组中多出的21号染色体,意味着需要对母亲血液中数以百万计的DNA分子进行测序,再根据测序结果分析出不同染色体的占比。

在旁人眼中,要在孕妇血液中检测唐氏综合征的DNA如同“天方夜谭”。

出人意料的是,10年后,唐氏综合征无创产前检测研究结出硕果。赵慧君带领团队,利用大规模平行测序技术,将检测精准度大大提高,假阳性率仅有千分之一,远小于传统筛查的假阳性率5%,从此成功发明了用于非入侵式唐氏综合征针对的血浆基因测序法,该技术准确性高达99%,从而免除了99%的胎儿损伤性检查。

回忆起10年的默默耕耘,赵慧君对记者说:“为了证明这一技术可以用于唐氏综合征的无创产前诊断,当时我们实验室率先购买一台测序仪并得到了前所未有的大量数据,但那时没有生物信息分析师,我们只能使用传统的电子表格来分析这些数据。而电子表格也存在着数量局限性,不能同时容纳这么多的数据条目。于是我们把所有的数据分割为100份,并找了10位同事,每人负责10个部分。我们所有人足足花了一整天时间通过手动方法来数出每个染色体包含的DNA分子数目。”

“在这个研究过程中,我最深的体会是团队合作对于研究成功的重要性,同时也表明无论面临什么挑战,只要努力去做,总能找到方法来解决问题。”赵慧君说。

科学研究的成功离不开创新的思想。“最好的科研创新往往来自出乎意料的探索结果,要在科研创新中取得成功,我们必须勇于接受与预期相左的资料,并迅速开始从新的角度去思考。

另一点要强调的是,科研是一个竞争激烈的领域,为了尽快实现科研成果的发现和应用,我们必须有一个由一些训练有素并志趣相投的人员组成的团队,坚定不移地迅速推进科研项目的进展。”

破题:科研探索未停步

赵慧君从小喜欢拼图,爱看侦探小说,从福尔摩斯、卫斯理到阿加莎·克里斯蒂,均是她的“心头好”。在她看来,批判性思维和逻辑推理能力在科学研究中非常重要。

“首先,逻辑思维可以帮助我更有效地设计研究项目,通过收集现有的证据并据此来确定尚未解决的问题;再者,我要决定用最佳实验方案来解决这些问题。一旦开始研究,我需要不断地根据得到的数据来确定下一步怎么做,以及判断是否已得到足够的证据来证明我们的设想。”

作为一位出色的“侦探”,耐心、智慧和技能缺一不可。赵慧君既是一名出色的科学家,亦是一位“基因侦探”——通过潜心研究遗传疾病的基因诊断方法,侦查人们潜在疾病的奥秘。

继开创无创产前检验先河之后,赵慧君和团队在科研探索的路上未有停步。据赵慧君介绍,团队近年研发出一种有效确定胎儿单基因突变的方法,可应用于多种不同的单基因疾病诊断,如血友病等。另外,团队经过多方努力,发现“血浆DNA的来源组织定位图谱”,即通过检测患者血浆中游离DNA可以推测其来源自哪个人体器官。

现时,团队已成功凭少至10毫升的血浆,透过分析当中达4亿条的DNA“碎片”,拼凑出完整的基因图谱,以辨识出人体是否有早期癌细胞。“这是一项非常令人振奋的研究成果,表明这一技术可有效促进癌症的早期诊断并改善患者的预后效果。”说起自己摸索了十多年的基因诊断技术,赵慧君难掩激动。

赵慧君还有一个想法,通过深入分析血液样本中游离DNA和RNA分子血浆,以最大限度地拓展DNA诊断技术的应用潜力。在2020年初,赵慧君团队在国际著名期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上发文揭示血液中存在细胞外环状DNA,这颠覆了科学界以往的对于血液中游离DNA的认知,即细胞死亡时将DNA释放于血液循环中,而这些DNA都已断裂为线型片段。

逻辑思维,是整个采访中,赵慧君多次提及的一个词。“我们在进行科研之前难免带入个人偏好,先入为主,这难以在科学数据中找到真相,亦导致实验资源的浪费。因此,逻辑推理和开放的思维在科研活动中尤为重要。”

虽然科研工作者在开展研究工作之前需要对科研成果的开发和应用的可行性进行一定的预测,但她坚信,“足够的科研训练、对本领域知识的大量储备和对逻辑推理的冷静思考,都是科研工作者走向成功的必备素质。”

愿景:全力以赴追求科学

无创产前诊断研究及应用的成就让赵慧君蜚声海内外,自2011年起,赵慧君相继斩获多项科技大奖,包括国际临床化学和实验室医学联合会(IFCC)“2011年度青年研究新人奖”及英国临床生物化学系讲座教授协会“2011年度杰出学人奖”,成为全球首名荣获“IFCC青年研究新人奖”的科学家,更荣获2012年“中国青年女科学家奖”。

谈到女性科学家,无论是媒体还是众人的目光更聚焦在“女性”二字,对此,赵慧君坦言,“当我们谈论一个科学家和他的成就时,我认为没必要特别强调其性别。我们不应称呼某人为‘女科学家’,原因是我们从不称呼某人为‘男科学家’。”

在她看来,使用“女科学家”这一词汇就意味着整个社会想当然地认为女性很难实现更高的目标,而当女性取得了成就,那就意味着她是一个与众不同的特别女性。

从某种意义上来看,这也凸显了女性在职业生涯中确实面临着一些误解和偏见。“我希望这些对于女性的偏见会随着社会的发展变得越来越少,从而让我们不需要将任何人称为‘女科学家’,而是无差别地被称为‘科学家’。”

赵慧君特别提到,从某种意义上来说,女性也许更加细致和注重细节,她认为这些方面对于进行创新性研究非常有利。“比如在设计实验时,注意细节并保持谨慎可以确保多方面的细节不被忽略,并尽可能考虑到实验的一些局限性而加以改进。”

对于女性在学术界面对的障碍,赵慧君也毫不避讳。“我们在职业发展的早期需要经历一个关键阶段,就是在一定时间内做出一定的学术成就,经过评审后以获得终身教职。这一阶段往往与女性的育儿期发生在同一时期。”

作为一对双胞胎女儿的妈妈,赵慧君为了照顾刚出生的孩子,不得不减少参加学术会议的次数,这难免影响她带领团队进行科学创新。但是天性乐观的赵慧君始终认为,“育儿,可以将它看作是一个送给女性的礼物,让女性可以贡献家庭的同时对社会作出贡献。”为此,赵慧君通过自我调整来克服挑战,以保持工作和家庭的平衡。

赵慧君对于年轻的女性科研工作者,依然满怀期望:“如果你有科学的梦想,那就全力以赴去追求,不要有任何顾虑,因为科学研究是个非常有意义和令人振奋的领域,你将会有新发现并有机会将这些新发现投入应用造福社会,这非常令人感到自豪。”赵慧君说。


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