资讯中心

资讯中心

资讯中心

人物 | 黄恺:BT与IT融合 理解生命的语法

2021.07.12

湾豆说.png

人类基因组由大约30亿个碱基对组成,分布在细胞核的23对染色体中。而生命的全部奥秘就蕴藏在这直径几微米的细胞核中。解开遗传基因的密码,人类就有希望在重大疾病的预防、诊断和治疗方式上取得质的突破。路漫漫,道阻长,黄恺决心以“BT+IT”跨学科交叉融合的创新手段,以敢于探索挑战难题的勇气,以专注基础研究的恒心和毅力,努力破译这部“生命天书”字里行间的意义。





黄恺.png


黄恺

深圳湾实验室系统与物理生物学研究所 

特聘研究员


课题组研究方向:

1. 在系统生物学的层次理解染色质折叠及其对基因表达的影响

2. 固有无序蛋白及其生物相分离的理论建模与模拟仿真

3. 对智性软材料和仿生材料的设计提供理论指导


01 破译“有字天书” 探寻生命的语法

我们课题组目前的一个重点研究方向是所谓的染色质折叠问题,或者说是人类DNA分子的三维结构问题。一般来讲,分子的尺度很小,直径只有几个纳米。而我们的遗传物质DNA是一个很长的分子,大约有两米长。这么长的分子要被折叠到直径只有几个微米的细胞核里,本身就是一件非常不可思议的事情。更重要的是,这个折叠的结果,也就是基因组的三维物理结构在很大程度上决定了每一个细胞的命运。

大家可以想象一下,我们每个人的身体是由几十万亿个细胞组成,每一个细胞的遗传信息,或者说DNA编码序列都是一样的。事实上,这个作为人类生命蓝本的编码信息早在本世纪初就被整体破译了,这就是著名的人类基因组计划。但是从某种意义上说,我们的遗传编码还是一本“有字天书”,也就是说这本书里的每一个字我们都认识,但是合起来并不知道它表达了什么意思。我们对这个生命蓝本的理解还处于非常初级的阶段,换句话说,我们对生命这一门语言的语法还研究的不够清楚。

根据目前的科研进展,我们知道了这套语法和DNA分子在三维空间中的折叠方式密切相关。因此,我希望利用大型计算机去破解遗传物质的三维结构。而一旦我们理解了遗传物质在三维空间中的折叠原理,就有希望最终战胜癌症,也有可能构造出全新的人工生命体系。探寻生命的奥秘,惠及人类健康,这也是我们课题组研究工作的出发点。


02 选择深圳湾 扎根基础研究

2019年,我赴瑞士参加国际会议,期间巧遇一位国内相关领域的学术专家,并就我正在进行的研究项目畅谈许久。谈话尾声,对方诚挚邀约我加入一所在深圳刚成立的全新科研机构,这也是我第一次了解到深圳湾实验室。这位老师极高的专业水准和真挚的诚意深深鼓舞并打动了我,虽然那时还在国外的高校做博士后研究工作,我还是坚定选择回国发展。

事实证明,我做出了一个正确的选择。首先,深圳不仅有着优良的生态环境,整个城市年轻、节奏快、有活力,也有更好的创新环境,粤港澳大湾区蓬勃发展、动能无限。深圳湾实验室成立短短两年多时间,已经初步建立起较为完善的生命学科体系,同时给了我们年轻人广阔的自由度和发展空间。实验室在支持技术转化的同时也非常注重基础科研,这个在深圳是很少见,也是非常难得的。

掌握基础科研的主动性,对我们的国家和民族而言意义巨大。基础科研是整个科技大厦的地基,也是创新的源头。大家平时看到很多科学技术上的突破都像是一个瞬间的爆发,但是这个爆发的背后是需要长期持续稳定的投入的。深圳湾实验室为大健康领域的基础科研提供了大力支持,也鼓励不同学科背景的专家进行思维碰撞,推动学科交叉融合,集中力量去攻克一些大的科学难题。深圳湾实验室提供了一个学校和企业都无法提供的创新科研环境和模式,这也是最吸引我的地方。



03 BT与IT融合 服务国家重大需求

就我个人而言,在清华读本科的时候学习工程物理,然后出国读了材料学的博士,博士后研究是在生物医学工程系,现在的研究领域主要是计算生物物理还有仿生材料设计。回过头看,可以简单得说是从研究原子核变成了研究细胞核。不同领域的学术训练让我对科研有了更全面的认识,也为今后的跨学科研究工作奠定了基础。

而我所在的系统与物理生物学研究所一个主要的特色就是BT与IT相结合的交叉学科研究模式。BT是生物技术,IT是信息技术。我们所的目标是希望站在系统生物学的层面去理解实验大数据背后的基本物理规律,为药物研发、临床诊断和治疗提供理论指导。

我们所有几位在生物计算领域非常著名的学者,作为这个领域的年轻人,我很庆幸可以加入系物所的大家庭,和这些我敬佩的科学家成为同事,近距离向他们学习。我们所最近承担的一个重大科研项目是计算生物化学软件的开发。在这个领域我国还缺乏自主研发的软件,常用的软件都来自于欧美。特别是美国,在这方面的成果还获得了2013年的诺贝尔奖。我们希望能做出自己的软件平台来追赶和发达国家的距离,解决生物计算软件“卡脖子”的问题。



人物照.jpg

课题组长简介

黄恺,2009年本科毕业于清华大学工程物理系,2015年取得威斯康辛大学麦迪逊分校材料学博士学位,之后在美国西北大学生物医学工程系完成博士后训练。此前的研究领域包括:材料表面的液体输运理论,疏水作用的模拟仿真,软材料及生物材料的统计热力学模型,细胞核孔的分子理论,染色质结构模型等。发表论文十余篇,以第一作者发表论文在Nature Communications, Journal of the American Chemical Society, Science Advances, Biophysical Journal, Physical Review E等期刊。近期提出的染色质三维结构模型受到美国NIH主任Francis Collins的特别关注。

课题组将聚焦于生物,物理,材料学的交叉领域,针对生命科学的重要难题开发新的理论与计算方法,为疾病的诊断治疗和药物研发提供新思路。课题组将致力于生物大分子复合物的理论研究,围绕染色质折叠,无序蛋白组装等系统生物学前沿问题进行多尺度的建模,并与人工智能大数据分析对接。同时,课题组将基于生物体系的启发设计新型智能高分子材料,并探索机器学习的新算法。因课题组科研工作需要,诚邀优秀的有志青年加入课题组共谋发展。


荣誉奖励

2008 清华大学优秀学生奖学金

2014 TTMES 最佳墙报奖

2017 GLCACS 优秀报告奖

2021 美国BPS生物工程最佳博士后


点击了解课题组招聘详情


文字统筹 | 姬 二 鍮 鍮

绘画 | 白 白

视频 | 姬 二 鍮 鍮

编辑 | 白 白