不久前，中国科技大学给《科学时报》传来消息：该校施蕴渝院士的学生游凌冲获得美国Packard 基金会授予的Packard科学和工程奖，至此，中国科大共有7位学者获得该奖项。
Packard 科学和工程奖设立于1988年，旨在奖励全美著名大学中最有潜力的年轻教授。基金会在2006~2011年间将为游凌冲提供60万美元资金，为这位富有创新精神的青年科学家助跑。
游凌冲目前供职于杜克大学生物医学工程系，任基因组科学与政策研究所助理教授。游凌冲何以能获得这一荣誉和资助？他究竟做了怎样的研究工作？
“很抱歉，我一时不知如何用准确的中文表达我们的研究。这是一项基础性研究，对于人们进一步了解、认识生物很有帮助。这项研究的历史在美国不超过10年，未来的应用很广泛，在生物医药等领域均有应用前景。但我们还处于初步的探索阶段，就像计算机编程，起步时只是编写简单的程序，以后将逐渐复杂起来，将一步步地提高其功能和效率。”大洋彼岸的游凌冲在接受《科学时报》记者电话采访时这样介绍。
国内鲜有科学家涉足的一个生物学热点
阅读游凌冲寄来的
论文，记者如同看天书一般完全弄不懂其中奥秘，不得不求助于国内生物学家。
中科院基因组研究所所长杨焕明看完论文后给记者发来电子邮件道：“我十分高兴看到中国学者涉足这一科学领域，并取得这样的成绩。我特别希望他们能够在中国拓展这一研究。但关于这一领域，老实说我十分外行。知之为知之，不知为不知。”
另有几个研究机构的生物学家也给了《科学时报》记者类似的回复。
然而，为了帮助《科学时报》记者了解游凌冲的工作，杨焕明给美国休斯敦Baylor医学院著名教授DU Jie去信咨询。
DU Jie看完论文当即回复：“谢谢你发给我的这些优秀的研究成果，尽管我对游博士的研究不是很了解，但对游的合作者——加州理工大学的世界级合成生物学家Arnold的成果却早有耳闻。显而易见他们在论文中描述的研究非常出色。他们已在相关领域发表了多篇革命性论文。2004年以游为第一作者在Nature发表的那篇文章，用基因耦合方法阐释了细胞间相互调控生存和死亡。他们通过种群动力学调控单个细胞的行为，并描述了细胞数量的动态分布，尽管单个细胞的行为是可变的。这些研究是精巧和稳定的，理所当然地成为合成生物学研究的前沿，有利于人们对细胞处理复杂的制造任务的理解以及如何利用。他们的研究已表现出即将在合成生物学领域广泛而重要的应用价值，从医药到非传统性能源的生产均可能得到应用。”
利用基因电路设计新的生命系统
在国家自然科学基金资助下对基因电路有过探讨的中科院软件所“百人计划”研究员王永吉介绍说：“游凌冲研究的是基因电路。这是一种将基因网络和电子电路作类比的研究方法。在这种类比之下，成熟的电路分析方法可以用来分析基因网络的功能和结构，还可以将电子电路的一些设计技术借鉴到基因网络的人工合成之中。”
据美国《新闻周刊》报道，科学家正在设计新的电路，它不是采用电子零件，而是将基因连在一起，然后将这些“电路”注入细菌体内，一种典型的基因电路遇到某一种化学物质后能触发基因的开关，就会启动另一种基因能将细菌杀死。如果遇到另一种化学物质，就会触发第三种基因，它能使第一种基因处于关闭状态。
2006年年初，波士顿大学的詹姆斯·柯林斯将细菌变成了紫外线传感器。科学家将来可能利用干细胞建造骨骼或肝脏，基因治疗也会更准确，病人可以接受基因电路注射，然后只需吞下一个包含启动基因电路的化学物质的药丸；如果效果不好，只需再吞下一个关闭基因电路的药丸即可。
游凌冲开展的研究正是朝着这样的目标走去。他在论文中介绍说，利用工程化的手段在细胞内从头设计基因调控电路，对于人们深入理解细胞内生命活动机制并改造、设计新的生命系统有着重要意义。但由于基因表达的复杂性而产生的干扰及细胞间表型的差异，使得实现可预测的和效果明显的工程化基因调控电路变得十分困难。
针对这一问题，游凌冲利用菌群为模型，用群体的表型效应屏蔽单细胞表型差异带来的影响，以细胞间通讯为媒介，将基因调控电路与细胞的存活和死亡联系起来，即与菌群数量的整体表型变化联系起来，从而成功地建立了与菌群数量（密度）控制相关的工程化的基因调控电路。该模型可用数学公式进行描述，根据公式进行推论，可以对该模型的表型进行预测，实验结果与公式预测吻合较好。表明该工程化模型已成功建立，同时也为探索自然生命体系中更为复杂的调控模型提供了一些线索。
科学新进展让人们憧憬着美好未来，基因电路的研究使一些绝症有望得到治疗。在这个充满希望与幻想的生命科学前沿，游凌冲的研究成效表明中国学者成功涉足这一领域。游凌冲告诉记者，他虽然发表了一些论文，但还只是做了一些浅层研究。他非常乐意与国内同行在这个领域开展深入的探讨。目前，他已与中国科大生命学院联合启动相关研究。
作者：
2007-1-24