死磕11年，他从“垃圾箱”里捡到宝（绳索像素大师）

“宁在一点打井，不可到处挖坑。”回忆过去10余年的科研之路，中国科学院生物物理研究所（以下简称生物物理所）研究员刘超培感慨颇深。

2010年博士毕业后，刘超培曾以两年“闪电战”的速度发表了重要成果，可紧接着便是“超长待机”般的沉寂。过去11年间，他以第一作者和通讯作者发表的论文数量仅有两篇。谈及此事，刘超培对《中国科学报》坦言：“这11年，我只想把一个问题弄清楚。”

近日，刘超培耗时11年的研究终于登上《科学》。这一研究破解了染色质结构和DNA复制领域30多年的难题。审稿专家高度肯定了这项研究的价值，并称其“开拓出新的方向”。作为第一作者兼通讯作者，刘超培在朋友圈写道：“坚持总会有收获，虽然来得晚了点。”

从“五年计划”到11年的“持久战”

2010年夏天，刘超培从中国科学院高能物理研究所毕业，来到生物物理所。

刘超培在博士期间曾参与过生命科学的交叉研究，于是他决定在表观遗传结构生物学领域的领军人物许瑞明的实验室开启博士后研究。

两年后，刘超培就打赢了在表观遗传学领域的“第一仗”：成功解析了组蛋白变体与伴侣蛋白复合物的结构，解决了领域内困扰多年的变体识别问题，并以第一作者身份将该成果发表于《自然-结构与分子生物学》。

接下来，初战告捷的刘超培把目光瞄准了领域内的“终极问题”。

上世纪70年代起，染色质结构和DNA复制的关系日益被重视。1989年，美国冷泉港实验室生物化学家Bruce Stillman首次发现了CAF-1，这一复合物紧随DNA复制复合体之后，负责染色质的组装。然而，其结构一直未得到解析，使得许多关键问题无法解释。这是组蛋白伴侣研究方向中被公认的“硬骨头”。

2012年末，刘超培在深入思考后，准备主动接受这个挑战。他清楚，如果能真正看清CAF-1复合体的结构，将会极大促进对核小体装配过程的认知，“要做就做最难的”。

有了博士后研究期间打赢“闪电战”的自信，他给自己定下了“五年计划”，希望5年内能在这个问题上取得突破性进展。

起初两三年，研究顺利得超乎想象。刘超培采取“分段”的研究方法，将不同片段组合的CAF-1进行大量结晶条件筛选，成功解析了CAF-1核心部分3.5埃的晶体结构，从而揭示了CAF-1自身的柔性结构：大亚基“像一根柔软的绳子蜿蜒展开”，两端分别拴住两个球状的小亚基。

“这是一个很好的开始，证明我们的方向是对的。”刘超培告诉《中国科学报》，研究初期的成功让团队对解析CAF-1与组蛋白复合物的结构信心倍增，胜利的曙光仿佛近在眼前。

那时的他还没有预料到，接下来的研究会陷入僵局，“五年计划”将演变为一场耗时11年的“持久战”。

“垃圾箱”里挖出宝藏数据

那几年，搞科研的刘超培像是一个“患上高度近视的人”。

“结构生物学要眼见为实，如果一直看不清，就无法进一步了解结构和作用机制。”刘超培介绍，与博士后阶段的组蛋白识别研究工作不同，此次研究包括组蛋白的传递、修饰和最终装配过程，有许多因子参与其中，研究难度也呈指数级上升。

在解析CAF-1的三元晶体结构后，刘超培引入了组蛋白，试图得到完整的复合物，这意味着样品性质更不稳定、结晶条件更难筛选。另外，样本颗粒物太小，且落在冷冻电镜的“视觉盲区”。

在不断尝试中，研究迟迟没有取得进展。直到在一次蛋白纯化的实验中，刘超培发现一条杂带怎么也去不掉，质谱鉴定结果显示该杂带是杆状病毒的PCNA蛋白（增殖细胞核抗原）。他立刻联想到，在染色质结构重建和DNA复制期间，CAF-1、组蛋白、PCNA和DNA都起到重要作用。如果把它们装配到一起，会碰撞出什么样的火花呢？

实验结果很快就出来了，不出意外又是“失败”——在引入更多变量后，不但没有得到理想中的大型复合物，反而更为复杂、更难以观察。

但其中一个现象引起了刘超培的注意：在数据处理过程中，某些碎小颗粒的分辨率有改善的迹象。他大胆推测，也许DNA在其中起到了缓冲剂的作用。

于是，他立刻尝试用不同长度的DNA片段进行测试，当试到30-bp DNA时，冷冻电镜下的CAF-1图像顿时清晰可辨。当用更长的147-bp DNA时，他竟获得了意外之喜：右手螺旋核小体中间态。

在刘超培看来，这一误打误撞的灵感时刻，宣告着所谓“垃圾数据”的胜利。

他介绍，在许瑞明实验室，数据不会被贴上“有用”或“垃圾”的标签。即使实验没有得到预期的结果，也不意味着失败；相反，只要数据足够靠谱，都可以尝试从看似无用的“垃圾数据”中挖掘出有价值的线索，以帮助后续课题推进。

“另外，合作也很重要。”刘超培感慨，研究的最终突破离不开所里其他课题组的鼎力支持，大家齐心协力对CAF-1的结构与功能做了完美的诠释。

2022年夏天，经过整整10年的探索，刘超培所在团队终于向《科学》编辑部提交了论文。出乎意料的是，他们收到了一封拒稿信——尽管这项研究引发了审稿人的浓厚兴趣，但由于这是前所未有的突破性发现，编辑部要求研究团队提供更为详细的证明，建议补充数据后重新投递。

在补充实验的一年里，刘超培每天必做的事就是搜索领域进展，看工作是否被国际同行抢发。

现在看来，那时的刘超培似乎多虑了。因为直到今年，国际同行新发的CAF-1论文仍停留在雾里看花的阶段，与生物物理所CAF-1研究的“集大成者”还有很长一段距离。

经过一年的修改，他们的第二次投稿终于被顺利接收。审稿专家高度肯定了这项研究的价值——“该研究开拓出新的方向”。仅两个月，论文便在《科学》正式发表。

发表并不是研究的终点。刘超培说，解决了一个问题，并不意味着研究已经结束，反而会引出更多新的问题、新的视角。接下来，他将继续深耕这一领域。

“萌芽已经出土，参天大树未来可期。”北京大学生命科学学院教授李晴点评说。