曹俊越和他的高通量单细胞测序技术

曹俊越的奖杯

曹俊越在实验室工作。

12月9日，Science & SciLifeLab青年科学家奖颁奖典礼以不同于往常的形式进行，即便无法前往瑞典，曹俊越仍很期待聆听其他获奖者在各自领域作出的贡献。

同样，新冠肺炎全球流行，让2020年成为曹俊越“喜忧交加”的一年。

喜的是，他在美国洛克菲勒大学有了自己的实验室，并成为本年度青年科学家奖全球唯一一名特等奖获得者。忧的是，疫情影响了他的实验室建设甚至研究工作。

“目前，我在纽约的新实验室刚初具雏形，因为疫情影响，很多实验工作还不能顺利开展起来。但是因为我们需要处理很多的高通量转录组数据，也可以利用这段时间，进行一些分析工作。”曹俊越说，“另外，照顾孩子们和做研究同时进行，需要学会见缝插针。”

与细胞为伴

生命是永远谈论不完的话题。生命是如何产生的，我们的身体是如何在发育中形成的？曹俊越就是在寻找这些普通人也非常好奇的问题的答案。

“我的工作主要是高通量单细胞基因组技术开发。”曹俊越说，“正如我们所知，生命始于一个微小的单细胞。这个微小细胞不断分裂，然后分化成许多不同的细胞类型，形成不同的组织器官，最终发育成人体。为了理解生命过程，我们需要系统性地分析每种细胞种类以及其在发育过程中的动态变化及分子机理。这就对技术提出了非常高的要求。”

人体内有数百种不同类型的细胞，很难根据一种或两种分子特征区分它们。而且，传统的检测技术灵敏性较差且价格昂贵，无法对几百种细胞进行全面的检测和比较。

在华盛顿大学Jay Shendure实验室的3年半博士研究期间，曹俊越研发了4项高通量单细胞测序技术。

sci-RNA-seq实现了不依赖于细胞分离的单细胞基因表达检测技术。sci-RNA-seq3可以同时检测几百万个单细胞转录图谱，同时费用较低、操作简单。sci-CAR可以同时检测上万个单细胞的转录组和染色质可及性数据。sci-fate能用于研究大量单细胞在转录组水平的基因表达动态。

照亮“前路”

当然，新技术研发并非易事。“我一直认为技术发展是与传统研究非常不同的领域。我们正在尝试创造自然界中从未存在过的新工具，从零到一的过程会经历很多失败和挫折。”曹俊越说。

曹俊越回忆道，在研发sci-RNA-seq的过程中，他曾花费2年反复尝试了262种实验条件，才摸索出技术雏形。之后，他又实验了超过1718种条件组合进行优化，这里面大部分的实验条件都没有成功。“反过来想，如果没有这些失败的结果和付出，也就没有最终完善的技术。”曹俊越笑道，“也就没有10年质的飞跃。”

10年前，当第一个单细胞基因组技术被开发出来的时候，人们只能描绘3到5个细胞，每个细胞的成本大约是100美元。现在，人们可以在一次实验中描绘出超过200万个细胞。而且每个细胞的费用减少到0.01美元以下。曹俊越说：“这些新技术就像一盏一盏明灯，照亮了生物学探索道路，我认为这将推进单细胞动力学领域发展。”

令他感到特别自豪的是，他的高通量单细胞技术不需要任何特殊设备，世界上几乎所有的实验室都可以使用它们进行研究。它们也不是单一的技术，而是可以作为一个平台来使用。有了这个新平台，研究人员可以继续研发，将同一个单细胞的不同分子层剖面同时解析出来。

“没有一种技术是完美的，它们会有很多限制。我很高兴能想出一些新的方法来克服这些技术限制，使它们变得更好。同时，我期待并兴奋地使用这种新技术去探索世界，去了解生物学新知。”他说。

最近，曹俊越以助理教授的身份开启了自己的实验室。“在未来的5到10年里，我希望开发新的单细胞测序技术，用来研究体内细胞的动态变化，并且理解人体是如何随着时间的推移保持稳定的，以及细胞种群内稳态是如何在衰老过程中被破坏的。”他说。

平衡工作和生活在于专注

而对于日常生活，曹俊越可以称得上“张弛有度”。

“在实验室辛苦工作一天后，我晚饭后会去看风景，每天与妻子和孩子在附近的湖泊或河流散步。我和妻子研究相同的领域。所以我们通常谈论新的技术想法，或者我们从研究中学到的生物学新见解。”

曹俊越有两个孩子，一个6岁的男孩曹永安和一个1岁半的女儿曹小妮。 “我女儿正好在我准备毕业论文的前一个月出生。我认为平衡工作和生活的关键是真正专注于研究、充分利用时间，尤其是学会利用照顾孩子的间歇。”他说。

新冠肺炎疫情让许多工作“停摆”，照顾孩子成了曹俊越的主要日常工作之一。

“通常我会在孩子晚上睡觉后做一些分析。但与孩子们玩的时候、看书的时候，会完全放松。每个周末，我们会去附近的公园进行‘家庭旅行’，有时甚至会意外获得一些新‘点子’。”

得知自己获得青年科学家奖特等奖时，曹俊越提到，“我真的很荣幸，我非常感谢过去几年来大家对我的所有支持，特别是我的导师Jay Shendure博士。”作为青年科学家代表，曹俊越建议年轻研究人员不要害怕去追求最感兴趣的生物学问题。同时，面对挑战和未来保持积极的态度非常重要。2013年，该奖由Science/AAAS和SciLifeLab共同设立，是 领域最重要的国际奖项之一。该奖旨在鼓励和支持青年学者开启独立科研生涯，主办方每年从全球的申请者中选出一名授予特等奖，奖励30000美元；其他三个类别的获奖者每人将获得10000美元的奖励。曹俊越准备把这笔奖金当做孩子的科学启蒙经费，希望引领他们进入到 这个领域。

往年的获奖者通常会于12月应邀前往瑞典，参加为期一周的科学纪念活动，并有机会与所在领域的主要研究人员见面。一年一度的颁奖典礼和宴会在斯德哥尔摩的镜子大酒店大厅举行，这是诺贝尔奖宴会的原址。

今年因为新冠的全球流行，颁奖典礼将会通过视屏会议的形式进行，曹俊越表示，希望能与其他获奖者进行交流。他特别还提到，今年的特等奖的奖杯由卡罗林斯卡的设计师Alicia Bergsten设计，它的寓意如下：“我决定把奖杯做成一个球形，象征着地球，它由染色体形状的银色拼图组成。我认为研究就像在寻找一个特定的片段，能拼接到已知世界中。当你找到丢失的那一块时，你就在创造一个更大的画面，其他人可以给它添加更多的拼图碎片。”