持续建设科研条件平台 助力生命学科跨越式发展
发布时间：2021-03-13
摘要：该文从科研条件平台建设入手，配置领军人才和学术骨干开展前沿领域研究所需的仪器设备与设施，支撑生物及医学学科快速发展。生命学科发展实践证明，一流学科建设与技术支撑体系之间关系密切，互相促进、协同发展;一流的公共科研条件平台及其技术支撑体系是吸引和稳定一流师资、开展一流科研、培养一流人才的必要保障。
关键词：生命科学;科研条件平台;学科发展
建设世界一流大学和一流学科，是党中央、国务院做出的重大战略决策，对于提升我国教育发展水平、增强国家核心竞争力具有十分重要的意义。2015年，国务院颁布了《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，并提出建设中国特色、世界一流学科的5大要素：建设一流师资队伍、培养拔尖创新人才、提升科学研究水平、传承创新优秀文化、着力推进成果转化[1]。世界一流学科的核心标志是拥有高水平的科研能力，产出原创性科研成果，以及具有先进的教学体系和培养出创新型人才。开展前沿科学研究和培养创新人才都离不开优秀的师资队伍[2]。师资队伍建设、前沿科学研究、创新人才培养则必须有高效率、高水准的技术支撑体系作为保障[3]。因此，公共科研条件平台已经成为科学与技术竞争的主战场、创新人才培养的新舞台、延揽优秀人才的吸铁石。
清华大学是我国世界一流大学和一流学科建设的重点单位之一。“十一五”期间，我校将生命学科列为重点支持和优先发展的学科方向[4]，从引进领军人才入手，广聘优秀青年科学家、推行终身教职人事制度等。从10多年生命学科发展轨迹来看，先进的科研条件平台及其技术支撑体系是我校生命学科实现跨越式发展的重要因素之一。
1公共科研条件平台建设与沿革
随着生命科学学科的快速发展，高水平的科学研究对先进实验技术和测试手段的依赖性越来越强，特别是伴随新兴技术衍生的科学仪器对科研的支撑作用越来越显著。此外，功能完善、技术先进、开放服务的科研条件平台是稳定师资队伍，吸引高水平人才的重要因素[5]。针对我校生命学科缺少公共设备设施平台的短板，生物系/生命学院自2007年以来，借助“985工程”项目和国家重大基础科学设施专项经费的支持，在学校和相关部处的帮助下，由施一公教授领衔发起，组织不同研究方向的教授专家参加，聘任专职技术队伍，陆续创建了3个校级公共科研条件平台，即生物医学测试中心(以下简称“测试中心”)、实验动物中心和蛋白质研究技术中心，共同构成了我校生命学科校级科研条件平台(以下简称“生命平台”)及其技术支撑体系。
1.1科研条件平台筹备建设期(2007—2012年)
2006年秋，我校特邀时任普林斯顿大学分子生物学系终身教授施一公总体负责生命学科的发展规划。2007年8月，施一公教授在深入调研和充分论证的基础上，正式提议建设生命科学基础科研平台，以支撑校内生物、医学学科的快速发展，为引进领军人才和学术骨干及开展前沿领域研究作好充足的准备。同年11月，时任清华大学副校长陈吉宁主持召开论证会，听取新入职的施一公教授关于生物医学测试中心建设方案的汇报，并决定优先启动实验动物房、同位素实验室和细胞生物学平台、蛋白质化学平台建设。
2008年2月，学校批准成立生物医学测试中心(筹)，并正式启动动物房改造、平台实验室改建、技术人员招聘、仪器设备采购、规章制度建设等相关工作。特别需要指出的是，同年，施一公教授站在国际科学发展前沿，从战略高度前瞻性布局冷冻电镜平台建设，采购了亚洲第一台300KVTitanKrios冷冻电子显微镜，为我校在全球范围内引领结构生物学发展打下了坚实的基础。
相关期刊推荐：《实验技术与管理》(月刊)创刊于1963年，是教育部委托清华大学承办的、面向全国各级各类高等学校的、含有社会科学和自然科学的综合技术性期刊。主要栏目：实验室创新栏、实验发展栏、现代教育技术栏、实验技术栏、著名实验、实验室介绍栏、实验室建设与管理栏。还有计算机(网络)技术栏、实验课程改革栏、实验教学改革与研究栏、教学科研器材供应与管理栏、实验室人物栏及交流与讨论栏等等。
2010—2012年，随着我校生命学科的快速发展，在生命科学联合中心的支持下，依托测试中心相继启动了基因测试平台、药物发现平台、共享仪器平台、植物培养平台、模式动物平台的建设工作，共建了尼康生物影像(展示)中心，并将冷冻电镜平台依托测试中心运行与管理。伴随着科研条件平台相继开放运行，测试中心在人才引进、科学研究与人才培养方面的支撑作用日渐显现。生物医学测试中心基本构成与组织结构图1所示。
在学校倾力资助测试中心平台建设的同时，王志新、施一公、隋森芳等一批科学家积极争取国家和地方对平台建设的支持，全力推动国家蛋白质科学研究(北京)设施(以下简称“蛋白质设施”)项目的申请与论证。2007—2008年，经过反复讨论和修订蛋白质设施建设方案及选址意见后，于2009—2010年间完成了蛋白质设施可行性报告的编制和论证。经过反复协调，最终达成蛋白质设施“一体两翼”的建设方案，确定了以原军事医学科学院为法人单位(一体)，清华大学为主要建设单位和北京大学为参加单位(两翼)，并增加中国科学院生物物理所为共建单位。2011年，国家发展与改革委员会批复蛋白质科学研究(北京)设施国家重大科技基础设施项目可行性研究报告。2012年，以冷冻电镜为核心的蛋白质设施清华大学基地拉开了建设的序幕。
1.2科研条件平台调整发展期(2013—2016年)
为了满足学校对生命、医学、药学学科整体布局与发展的需要，从2013年开始，对测试中心公共平台资源进行了整合、优化和调整。在蛋白质设施清华基地建设过程中，采取“边采购、边建设、边运行”的方式。整合2008年建设的冷冻电镜平台，于2013年12月成立蛋白质设施实验技术中心(筹);2015年获准设立校级科研条件平台——清华大学蛋白质研究技术中心;2013年，实验动物平台从测试中心分离，获准设立校级科研条件平台——清华大学实验动物中心。2015年，依托测试中心建设与运行管理的模式动物平台调整至医学院管理。2016年，为了支持药学学科发展，药物发现平台从测试中心分离至药学院管理，并于2018年获准设立校级科研平台——清华大学药学技术中心。
经过10多年的建设与调整，初步形成了以生物医学测试中心、实验动物中心和蛋白质研究技术中心为核心的清华大学生命学科校级科研条件平台及其技术支撑体系。我校生命学科校级科研条件平台发展沿革见图2。至此，测试中心基本完成了作为大生命学科平台建设“孵化器”的历史使命。
1.3科研条件平台稳定运行期(2017—)
在国家和学校的支持下，生命平台逐步进入了稳定运行期，其设备资产和开放服务能力稳中有升。依托生命平台取得的原创性成果持续涌现，其国内外影响力越来越大，在公共平台建设、运行服务模式、技术队伍管理等方面创造了许多可推广的清华经验。
从2008年开始，测试中心从无到有，由小到大。2012年以来，生命平台的大型仪器设备资产快速增长;到2017年，生命平台设备资产进入缓慢增长期。2008—2012年，生命平台40万元以上大型仪器从建设初期的8台套增至39台套，设备总值由1104万元升至8683万元;2013—2016年，40万元以上大型仪器递增至128台套，设备总值递增至2.89亿元;2017—2019年，40万元以上大型仪器由164台套增至192台套，设备总值由4.22亿元增至5.05亿元，增幅趋缓。2008—2019年生命平台40万元以上仪器设备建账资产情况见图3。
经过10多年的建设与发展，生命平台开放服务能力稳中有升。目前，除冷冻电镜等超大型高端仪器明显供不应求之外，大部分开放服务仪器基本实现了供需平衡。以测试中心为例，2008—2012年，平均年开放服务机时最高约4万h，测试样品量不足6万个;2013年以后，平均年开放服务机时基本稳定在10万h以上，测试样品量稳中有升，由2013年的10万个上升至2019年的21.8万个。2012—2019年我校生物医学测试中心开放服务情况见
2公共科研条件平台建设与学科发展
国家重大科学基础设施和大型科研仪器是探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革的复杂科学研究系统，是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的技术基础和重要手段[6]。公共科研条件平台是提高科学研究实力、提升人才培养能力、加快学科发展速度的必要支撑。在现代生命科学发展的激烈竞争中，是否具备一流水平的公共科研条件平台已成为能否撷取世界顶尖科研成果的关键要素之一。
2.1科研条件平台是创新研究助推器
在国际科技前沿的激烈竞争中，生命科学日新月异，公共科研条件平台在促进科研实力和竞争力提升的同时，也给科研平台提出了更新更高的要求，为平台发展提供了动力。随着科学家对生物体及其微观世界的深入探究，不断产生新理论、新技术、新方法。公共科研条件平台只有及时学习新理论、懂得新技术、掌握新方法，才能助推科学家抢占科学前沿和保持科技领先地位。
目前，以冷冻电镜系统为核心的蛋白质研究技术中心，已经发展成为国际一流的蛋白质科学研究中心。以“服务面广、测试量大、技术精湛”著称的生物医学测试中心已成为支撑生命科学研究的重要支点。实验动物中心已成为我校生命、医学、药学及相关交叉学科不可或缺的科研保障基地。10多年来，我校生命平台的系统化建设与快速发展，为前沿领域研究提供了先进的研究手段和强有力的技术支撑与保障。
高水平学术论文是创新能力和科研实力的重要标志之一。2004—2008年，生命学院年均发表SCI论文数量为128篇，5年期间发表在顶级期刊的高水平学术论文只有《科学》杂志1篇。2009—2012年是生命平台的筹备建设期，生命学院年均发表SCI论文大约113篇，4年期间发表在《细胞》《自然》《科学》上的高水平学术论文合计20篇，研究论文开始由量向质的转变。2013—2016年，生命平台处于调整发展期，生命学院年均发表SCI论文大约131篇，4年期间发表在《细胞》《自然》《科学》上的高水平学术论文上升至29篇，研究论文数量与质量同步提高。2017—2019年生命平台进入稳定运行期，生命学院年均发表SCI论文179篇，3年发表在《细胞》《自然》《科学》上的高水平学术论文达到38篇，研究论文数量与质量都保持在较高水平。我校生命学院2004—2019年发表CNS(Cell,Nature,Science)论文情况见图5。
生命学科领域自2009年以来发表的高水平学术成果几乎都是依托生命平台完成的。2015—2019年，施一公教授研究组依托蛋白质研究技术中心在酵母中解析了10个不同状态的剪接体高分辨的三维结构，研究成果全部发表于国际顶级期刊，《科学》7篇和《细胞》3篇;首次将剪接体介导的RNA剪接过程完整的串联起来，为理解RNA剪接的分子机理提供了最清晰、最全面的结构信息，该成果曾获2015年度中国高等学校10大科技进展。2019年，依托测试中心俞立研究组和颉伟研究组分别完成了迁移体的生理功能及其产生机制和人类早期发育过程中组蛋白修饰的重编程过程等一批具有重大影响力的成果。不难看出，生命平台为创新研究和整体科研实力的提升作出了重要贡献。
2.2科研条件平台是吸引优秀人才的名片
师资队伍是学科快速发展的基础，一流的师资队伍是开展一流科研的核心要素。生命学科领军人才的加盟，加速了科研条件平台的建设，同时，科研平条件台的建设与发展又促进了优秀人才的引进。进入21世纪以来，生命科学领域优秀学术人才和技术专家一直是人才竞争的焦点之一。面对国内外日趋白热化的人才竞争，我校生命学科不失时机地亮出了生命平台这张独具特色的“名片”，主动安排拟引进人才来平台参观、访问，了解平台设施资源、仪器功能、技术支撑能力等。2014年，冷冻电子显微镜领域的国际优秀杰出青年李雪明回国后入职我校生命科学学院。依托生命平台，李雪明发表了10余篇高水平研究论文，刊登在Nature、CellResearch、NatureStructural&MolecularBiology等顶级学术期刊。2018年，时任英国牛津大学粒子成像中心副研究员李赛入职我校生命科学学院。在新冠疫情期间，李赛课题组依托生命平台用短短几个月的时间首次解析出新冠病毒全病毒的三维结构，对疫苗及抗体研发、疫情防控宣传、科普教育、分子动力学模拟等具有十分重要作用，其研究成果在国际权威学术期刊《细胞》杂志上在线发表。
通过10余年的建设、发展与开放服务，生命平台交出了一份合格的答卷。校内师生和校外用户普遍认为清华大学生命平台在设备设施规模、运行管理模式、技术支撑能力和开放服务效率等方面步入了国际先进行列。
2.3科研条件平台是人才培养的新舞台
公共科研条件平台已成为培养学生科研技能的重要课堂。我校生命平台瞄准世界一流，汇聚优质资源，配置了一系列先进的大型科学仪器和设施，聚集了一批掌握先进技术手段与方法的优秀技术人才。为了充分发挥大型仪器设备在创新人才培养过程中的资源优势，生命平台积极采取措施，将科研条件平台变成创新人才培养的新舞台。
(1)协助开设实验技术课程。结合人才培养需要，协助教师为研究生和高年级本科生开设各类实验技术课程，利用平台的先进设备资源和技术力量为学生提供系统性的高级实验技术训练，进一步提高学生的操作能力和实验技术水平。
(2)建立平台博士生助管制度。结合博士生的课题研究方向，每学期定向选拔一批博士研究生作为生命平台助管，通过“一对一”的严格培训，让博士生助管系统掌握大型仪器的应用方向、工作原理、操作规程和实验技巧，以及实验方案设计和数据处理分析等关键技术，以此提高学生科研技能和分析问题、解决问题的能力。
(3)推行全时开放服务模式。为了提高学生的综合应用能力，平台技术人员经常为研究生提供各类基础培训，如上机操作、技术讲座、专题研讨等。生命平台通过收费优惠、预约优先等政策，鼓励更多学生通过培训取得独立测试资质，以便能够在7x24h生命平台自主开展实验研究。——论文作者：潘勋1,2，冯倩倩1,2，王宏伟1,2
