深圳湾实验室 传染病研究所
研究领域:
课题组专注于做有趣的科研,探讨病媒昆虫、宿主以及病原物的互作关系,解析这种互作背后的细胞和分子机理,开发防控病媒昆虫的新策略和新方法。
暴雨过后,蚊虫肆虐。登革热、乙脑、疟疾、黄热病、丝虫病……都是它们的“业务”范围。病媒生物的组织十分庞大,包括蚊、蝇、蜚蠊、蚤、蜱、螨、虱、蠓、蚋等等。据世卫组织的统计显示,全球每年因蚊子叮咬而患上疟疾的人数超过2亿,每年约有72.5万人死于蚊虫的“口下”。在我国,蚊媒传染病年均发病率占全部传染病例的5%-10%,而病死数则占传染病总病死数的30%-40%。
“你知道世界上有多少种蚊子吗?”说到这里,原本略带腼腆的柳峰突然眼睛一亮,自问自答起来:“有三千多种!”
“我小时候有机会养蚕,会采桑叶给它们吃,观察它们从幼虫取食、结茧,到成虫交配、产卵,再孵化幼虫,进入新的生命轮回。当时并不知道,这些生命现象的背后其实是它的激素和神经在控制。”
今年刚满36岁的柳峰,转瞬间已经在昆虫领域深耕19年了。
2004年,柳峰考入沈阳农业大学,毫不犹豫地选择了昆虫学专业。“当时没考虑太多,只是因为喜欢。”柳峰笑着说。
2008年,柳峰考入中国农业科学院昆虫学专业继续研究生阶段的学习。“求学期间遇到良师很重要,我的研究生导师吴青君博士是一位严谨认真、兢兢业业的学者,耳濡目染了她在科研工作中获得的乐趣,我发自内心希望以后也能成为他那样的人。”2011年,柳峰拿到了奥本大学刘楠楠实验室的offer,赴美开启博士阶段的研究。
01 知蝽第一人
在美国,很多旧房子里有一种叫蝽的昆虫,因为吸食人血而臭名昭著。进组伊始,刘老师便建议柳峰从蝽入手,解释它们觅食行为背后的神经机制。其间,柳峰发现实验室用来探测神经活动的钨丝电极经常失灵,严重影响实验进度。他决定从实验源头入手,仔细排查每一个检测步骤,最后发现是用来腐蚀钨丝的盐分影响到了记录信号,每次记录前,都需要将电极上的盐分清洁干净。解决了实验设备的信号失灵问题,柳峰渐入佳境,经常在实验室里对着虫子孤身“奋战”到深夜。“我身边的女性,从我妈妈,吴青君老师,到刘楠楠老师,都是非常坚毅顽强的人,她们对我产生了很大的影响。刻苦和努力,已经成为了我生命的一部分。”通过日以继夜对蝽的神经元和气味受体的活动记录,五年时间,柳峰在细胞和分子层面系统揭示了蝽到底对哪些人体气味感兴趣。
柳峰发现,在二氧化碳以及一些温血动物特有的气味刺激下,蝽呈现出非常活跃的神经活动,并且从多个生物学角度解释了其吸血行为背后的神经机制,对新的引诱剂和趋避剂开发进行了有效探索。“毫不谦虚地说,我们在蝽这一领域的研究深度和广度做到了最前沿。” 2014年,因为博士期间的亮眼成果,柳峰拿到海外华人昆虫协会学生竞赛一等奖,2016年,获得奥本大学十佳优秀博士毕业生。
02 蚊虫猎手
古人经常将干燥的野菊花点燃以达到驱蚊效果,现代的商家则从菊科植物中提取化合物来制作蚊香。2016年,柳峰进入密歇根州立大学董珂课题组进行博后深造,董老师建议他从驱蚊机制入手,找到蚊子神经细胞里面负责识别“除虫菊酯”的受体。这是一个极其精细的活儿,蚊子触角的嗅觉感器(内部包含嗅觉神经细胞)数以千计,要找到这个特别的感器需要极大的耐心。柳峰不敢懈怠,每天都把自己泡在实验室里,小心翼翼地观察着显示器上的每一个神经信号。自从他走上科研这条道路,就习惯了每天重复操作着手上的电极,等待着前方未知的那一点点可能性。“你们看我坐在那里一动不动好像无聊透了,但其实显微镜下的世界每一分、每一秒都在变化,难以预测却又让人充满期待。”柳峰聊起自己的科研人生,眼神清澈又笃定:“如果有很强烈的追名逐利的心态,急迫地想要一个答案,这种人或许并不适合科研。Follow your curiosity,永远在求知,永远在路上,这才是科研人的本色。”
两年后,柳峰及实验团队找到蚊子神经细胞里负责识别菊花提取物的神经细胞和嗅觉受体,他们决定再往前一步,寻找化合物中关键性的驱蚊成分,并且在此基础上探索出可替代的药物,改良驱蚊产品的制作工艺。“蚊媒传播的病毒,在世界范围内尤其是在非洲和东南亚地区,每年造成大量的人口死亡。我希望通过自己所学的这些技术,能够尽可能最大范围地帮助老百姓避免蚊子的侵害。”很快,柳峰及实验团队发现了菊花化合物中一种特殊的成分金合欢烯,对蚊子感受菊花提取物的神经细胞及其受体具有很强的活性,并且证明在受体基因敲除的蚊子中这种活性消失,从而能够导致金合欢烯的驱蚊效果丧失。最终这一成果顺利发表在Nature Communications 上。
03 被“遁入空门”的蚊子
范德堡大学的Laurence Zwiebel教授是蚊媒界声名赫赫的人物,博后研究期间,柳峰时常拜读他的研究成果,神往已久。2018年,他成功申请到Zwiebel课题组的offer,赴范德堡大学开启第二个博后阶段的学习。“Zwiebel教授对自己和学生要求都非常严格,鼎盛时期,他的实验室多达10位博后。他培养了很多人,基本每个学生都做出过非常出色的成果。”柳峰说。
在Zwiebel实验室里,柳峰和师弟叶子博士发现蚊子身上有一种特定的嗅觉基因,当这个基因被敲除后,蚊子对人体身上的胺类化合物反应会增强,并且感受不到血液的味道,只能靠吸食花蜜来维持生命。进一步研究后,柳峰发现这类“改行吃素”的蚊子,从此失去了繁殖后代的功能。“坊间流传的O型血招蚊子,其实没有科学依据。我们发现,蚊子对酸类味道很敏感。它们喜欢的是味道大、体温高的人,譬如说不洗澡、爱喝酒的人,或者孕妇,都比较招蚊子。因为蚊子吸了血之后才能产卵,否则就只能‘遁入空门’了。”柳峰笑言。
闲暇时间,柳峰还研究起了蚊子的幼虫。“蚊子产卵在水面上,卵孵化后进入水里,成蛹后羽化飞出水面。幼虫在水里不好观测,所以业内对幼虫的了解较少。”柳峰不厌其烦地把幼虫从水里捞起来,无数次失败后,最终成功记录到幼虫的神经电信号,他自豪地说:“这是世界上首次记录到蚊子水生幼虫的神经电信号,证实了蚊子幼虫也有强大的嗅觉神经反应,能够感应周围环境,追踪化学信号找到食物。”
在昆虫学领域求学的十余年间,柳峰硕果频出,累计发表论文31篇,其中以第一作者发表论文19 篇,包括Nature Communications, Cell Reports, PNAS, IBMB等业内知名期刊,还作为独立申请人获得了美国国立卫生研究院(NIH)的项目资助。“做科研,耐心和信念感是很重要的。我不是一个急于求成的人,只要能让我呆在实验室里,每天对生物行为的背后调控机制了解多一点,就很开心了。”柳峰露出了纯粹的笑容。
04 中国的蚊媒实验室
提到成立独立实验室的初衷,柳峰再次感谢了他的博导刘楠楠教授。“那时我初到美国,对周围的一切都不熟悉。她不仅培养了我严谨的科研思维,还给予我母亲般的关爱。逢年过节她都会亲自下厨,给我们做一大桌子好菜,让身在异乡的我们感受到家的温暖。为了培养和锻炼我们,她还会拿出自己有限的科研经费,资助我们去各地参加会议。可以说,她铸就了我科研人生的底色。因为自己曾经被善待过,所以我非常渴望成立自己的实验室,像刘老师那样去培养和成就别人。”柳峰感慨道。
选择深圳湾实验室,一方面是因为这里有充足的经费支持,另一方面,用柳峰的话说,这里的氛围很国际化,PI们非常自由,基本没人干涉他的研究方向,也没有科研以外的琐事打扰他们。“生物学研究是没有天花板的,近十年科技进步很快,因为技术一直在进步。这个进步可能来自于新材料、微生物、信息技术等其他领域,等待着你把它们借鉴过来,推动自己的学科往前走。深圳湾实验室鼓励交叉研究,各课题组之间的交流合作很紧密,这一点十分难得。”在中国建立一个世界知名的蚊媒实验室,是柳峰一直以来的梦想:“我的近期目标是先把实验室各个平台搭建起来,可以很好的开展各个方向的实验。远期目标是,希望未来大家提到蚊媒生物学领域,能想起除了美国的洛克菲勒大学,范德堡大学、约翰霍普金斯大学等,中国深圳也有一个了不起的实验室。我知道自己在做一件正确的事情,所以我很有信心。只要足够努力,就一定能够成功!”
二十年光阴荏苒。不论外界风云如何变幻,柳峰始终持守着自己的一方天地。从养蚕、养蝽,再到养蚊子……“Follow his curiosity”,柳峰永远朝着自己心之所向,风雨无阻,笃定前行。
课题组长简介
柳峰博士师从刘楠楠教授获得奥本大学博士学位,先后在密歇根州立大学董珂教授,范德堡大学Laurence Zwiebel教授,加州大学Omar Akbari教授实验室进行病媒生物学研究。综合利用电生理、基因编辑以及行为学等方法,揭示病媒昆虫对环境和宿主的化学感知机理。目前总计发表论文31 篇,其中以第一作者发表论文19 篇,包括Nature Communications, Cell Reports, PNAS, IBMB, Frontiers in Physiology 等,相关成果被 Scientific American, Science Daily, 网易,腾讯,新浪网等十几家中英文媒体相继报道,并且获得美国国立卫生研究院(NIH) 项目资助。
荣誉
• 2016 奥本大学十佳优秀博士毕业生
• 2014 海外华人昆虫协会学生竞赛一等奖
• 2014 奥本大学昆虫系优秀博士生
文字统筹 | 姬 二 鲍 啦
绘画 | 白 白
视频 | 姬 二 鲍 啦
编辑 | 鲍 啦