北京大學定量生物學中心

北京大學定量生物學中心（Center for Quantitative Biology at Peking University，原北京大學理論生物學中心）是在李政道先生提議下、在北京大學有關領導的倡導和大力支持下組建的，目的是利用北京大學的多學科優勢，集中數學、物理、化學、力學、生物及計算機科學的研究力量，從實驗與理論兩個方向開展關於生物學交叉的理論生物學與系統生物學研究工作。

基本介紹

• 中文名：北京大學定量生物學中心
• 外文名：Center for Quantitative Biology at Peking University
• 原名：北京大學理論生物學中心
• 隸屬：北京大學

簡介

二十一世紀科學技術進步的主要動力及標誌之一是生命科學與工程和物質科學廣泛與深入的交叉融合。傳統學科的分割局面無法適應新型的交叉需求。為在這次科技革命中占得先機，從而在國際競爭中搶占制高點，北京大學經過細緻的研究論證和全面的規劃部署，在原理論生物學中心（2001年成立）基礎上發展建立了定量生物學中心（2011年底成立，簡稱“中心”），致力於推動生命科學向定量學科發展。中心的建設目標是成為在理論/系統/合成生物學領域具有世界領先水平的研究中心，帶動生命科學的發展。近期建設目標為在5年內建成世界的系統和定量生物學科研教學中心，促進北京大學生命科學與其它學科的交叉融合，推動國內外學術交流，培養新一代的具有跨學科背景和突出創新能力的本科生和研究生。中心經過兩年的建設已形成了一支由中青年科學家組成的高水準的定量生物學研究團隊，建立建全了高效的科研管理體制，逐步完善了跨學科研究生的培養機制，取得了一批重要的創新性成果。利用所建立的高通量系統生物學實驗平台和計算生物學平台，與校內外生物學家開展了卓有成效的合作研究，為生命科學的定量化研究作出了貢獻。

機構規模

北京大學定量生物學中心成員為北京大學最早意識到學科交叉與融合對生命科學發展作用科學研究人員的傑出代表。他們在本研究領域都做出過突出成績，並將主要研究興趣都逐步轉向與生命科學交叉的研究方向。中心匯聚了北京大學來自於不同學科但都對於生命科學具有濃厚興趣的學者，形成了一支交叉生命科學的研究團隊。中心的研究團隊於2007年獲得了國家自然科學基金委員會首個交叉學科創新群體項目支持，並在第一期項目結束時獲得了優秀的成果，於2010年得到滾動支持。該中心從2008年開始獲得北京市重點交叉學科項目的連續支持。

定量生物學中心自成立以來，在團隊建設方面加大了人才引進力度，進一步匯集研究力量，開展協同合作研究。中心加大了人才引進力度，通過邀請訪問、實地拜訪、組織學術會議、學術期刊刊登廣告等措施吸青年學者和著名科學家全職回國工作，對於短時間內暫時無法全職回國的著名學者通過開展合作研究和共同培養研究生的方式發揮他們的作用。同時利用跨學科研究的優勢，繼續從校內相關單位招募對於生命科學跨學科研究興趣濃厚學者。繼湯超博士於2011年9月從美國加州大學舊金山分校全職回國並擔任中心主任以來，中心新從美國引進2名PI，從生科院新吸收進1名PI。目前有若干名中青年科學家正在洽談中，2名PI已通過聯合中心面試，預計於2014年全職回國工作。目前中心的研究團隊包括中國科學院院士1人，講席教授1人，教授5人，研究員4人，副教授4人，博士研究生50餘人。中心成員分布於物理學院、化學學院、生命學院、數學學院、工學院、麥有力地推動了生命科學交叉科學研究。

為了發揮團隊在計算系統生物學和定量生物學實驗方面的優勢，為實驗生物學家提供方便的合作機會或培訓/服務，中心籌備建設了微流和高通量實驗平台以及計算生物學與藥物設計平台，目前這兩個平台的一期建設已經完成並開始正常工作。利用所建設的公共平台已經並正在與校內多個實驗室開展合作研究或提供服務，例如與分子醫學所的肖瑞平教授實驗室合作開展了MG53的抑制劑設計研究，完成了抑制劑的計算篩選，並在實驗中發現了活性化合物，為以MG53為靶標的藥物發現占得了先機。這些自我整合和共享平台建設對於北京大學交叉生命科學研究發展的促進作用已經開始顯現，為在更大程度突破學科界限方面取得成效奠定了基礎。所建設的兩個公共平台也在研究生培養中發揮了重要作用，以平台為支撐為中心研究生開設了《定量生物學實驗基礎》和《計算與系統生物學基礎》兩門實驗課程，使得一年級的研究生接觸並初步掌握了開展前沿系統生物學研究所需要的最新實驗與計算手段。

近兩年來，中心在生命科學交叉研究領域取得了系列重要成果，在生物網路的結構、動力學與功能關係、基於生物網路的藥物設計等方面取得了突出進展。2012-2013年期間中心成員承擔各類科研項目27項，重大科技專項4項，973課題負責人5項，863項目負責人3項，國家自然科學基金項目12項，北京市課題項目2項。經費總計3856餘萬元。在此期間中心發表SCI論文86篇，包括Cell 2篇（包括封面文章1篇），Science 1篇，PLoS Biology 1篇，Molecular Cell 2篇，PNAS 1篇； Angew Chem 1篇，Physical Review Letters 2篇等。

學術交流

定量生物學中心重視創建國際化的學術文化及學術環境，利用自身優勢積極開展與國際大學、研究機構高水平知名學者的合作交流，及時把握國際上定量生物學研究領域的重要進展和最新動態，為開展廣泛實質的國際合作奠定了堅實的基礎。自2001年到現在，每年單獨或者聯合國際上領域內頂尖學術機構（加州大學定量生物醫學中心、法國交叉學科研究中心、日本京都大學iCeMS研究所等）圍繞系統與定量生物學主旨，定期召開不同專題的國際學術研討交流會和暑期培訓班。比如： 2011年舉辦了“系統生物學：過去、現在和將來”的研討會；2012年攜同醫學部系統生物學中心與多倫多大學系統生物學中心共同舉辦了雙邊系統生物學研討會，並在系統和定量生物學領域展開了全方位的深入了解和積極交流；2013年10月主辦了“微流與定量生物學”研討會，對定量生物學中的研究技術手段特別是微流控技術及其在重要生物學問題研究中的套用進行全面探討。中心每年邀請多位國內外知名專家進行訪問、舉辦講座及合作研究。2012-2013年期間共邀請了41位專家進行學術交流。

另一方面，中心非常重視內部學術交流與合作。除了每兩周一次的中心教師午餐交流會、每周一次的研究生周五系統生物學學術沙龍以及各種小組專題討論，中心每年夏季舉辦一次全體人員參加的學術年會，交流總結當年科研進展和經驗，並就未來工作進行展望和探討。會議的形式為：中心年度總結工作報告、特邀學術報告、課題組科研進展匯報、學生科研工作牆報展講競賽、研究生獎學金評選頒獎等。外請學術報告每年由高年級研究生圍繞感興趣的主題自主邀請相關專家。2012年邀請到生命科學學院饒毅教授、孔道春教授、蔣爭凡教授和分子醫學所肖瑞平教授做特邀報告並召開了熱烈的討論，並在此基礎上形成了一些合作研究課題；研究生及博士後工作進展口頭展講報告40餘個（每人做5分鐘報告+牆報展講），並評選出優秀牆報一、二、三等獎。2013年邀請到生物動態光學成像中心黃岩誼研究員、白凡副研究員和新入職定量生物學中心/生命中心的羅冬根研究員、魏平研究員做報告，研究生及博士後工作進展口頭展講報告40餘個（每人做5分鐘報告+牆報展講），並評選出優秀牆報一、二、三等獎。

為促進研究生之間的學術交流，每周五下午3點由研究生主辦系統生物學“學術沙龍”。沙龍由所有年級研究生輪流主持並確定演講主題和研究生主講人，學生自願參加。

人才培養

中心在跨學科研究生培養體系建設方面開展了大量工作，通過不斷探索與積累經驗，已基本建成了較為完善的生命科學跨學科研究生培養體系，同時也為本科生的培養提供了優秀的創新研究基地。所培養的博士畢業生中大部份到頂尖研究單位繼續從事博士後研究，其中一些優秀者已獲得相應教職，一些畢業生完成博士後研究後陸續獲得資助回國工作。這些青年學者將成為我國交叉生命科學發展的重要力量。

1、研究生培養

在學校單列的交叉學科研究生培養計畫的支持下，中心創立寓教於研的拔尖創新人才培養模式，吸引和培養優秀研究生，醞釀與出台針對不同階段創新性人才的培養和激勵方案以及課程改革，建立招生與培養的新機制。在招生環節提倡學科交叉，鼓勵非生物專業、有志於生命科學研究者報名申請，擇優選拔。研究生入校後的第一年需要在三個實驗室進行實質性的輪轉研究，並且嚴格規定三期輪轉的研究課題必須包括理論計算與實驗研究兩方面的內容。學生與導師進行雙向選擇，並建立跨學科的研究生指導小組。針對研究生的不同學科背景，中心還專門研究制訂了具有定量學科特色的培養方案和課程設定（面向全校開放）。先後開設了《理論與系統生物學》、《系統生物學選講》、《生物學的物理化學基礎》、《生物醫學套用數學》、《定量生物學實驗》、《理論與系統生物學計算》等課程，從而使生物和非生物背景學生都能獲得針對性的、規範化課程訓練和實踐操作。

為了培養研究生的創新性思維，中心定期開辦系統生物學暑期學校和頭腦風暴。中心的頭腦風暴訓練教學具有獨特優勢。以充分發揮學生的科學想像力，以學生為中心，以學生自己教育自己方式啟發創新思維，提高創新能力。以解決具體科學問題為目標，讓學生自己提出要解決的問題，根據提出的問題啟發學生充分討論，並在討論的基礎上共同設計理論與實驗的研究方案，最後提出科研項目申請書。在整個過程中指導老師監察課程進展情況，但只是在必要的時候做適當的干預。學生的科研申請將由有興趣的PI研究組認領，由中心進行資助。2012年與加州大學舊金山分校系統與合成生物學中心聯合舉辦了第一次頭腦風暴。歷時8個月的論壇交流和前期醞釀後，在北京大學舉行了為時4天的展示、辯論和終評環節。通過團隊內外大量的互動交流、頭腦風暴，高強度、深層次地挖掘、激發和培養了學生自身在科研活動中主動積極性與創造潛力。2013年暑期在北京大學“研究生教育創新計畫”的支持下，由歐陽頎教授主持進行了第二次頭腦風暴，中心的全體研究生參加，中心的老師做為評審參加。由50名學生（研究生為主，包括部分本科生）組成10支隊伍。每組隊伍由來自不同實驗室的5名同學自發組合，民主選舉組長協作分工，集體協商確定項目題目和研究方案。評價環節包括初評和組間打分，背景知識訓練，以及終評和頒獎。最終4支隊伍獲獎，並得到PI課題組認領。2014年將與以色列希伯來大學聯合在以色列舉辦，目前參賽隊伍已經搭建了網上論壇並開始了前期討論。

2012-2013 兩年期間培養學籍在中心的博士畢業生15名，中心PI實驗室培養其它博士畢業生約20名，其中大部分繼續從事與生命科學相關的交叉學科研究工作。中心的跨學科研究生培養在國際上受到關注，歐陽頎教授受邀為ACS Synthetic Biology撰寫了”Designing the Scientific Cradle for Quantitative Biologists”的專題文章，介紹了中心的研究生培養理念與做法，為生命科學跨學科研究提供了一個成功的模板。

2、本科生培養

中心與北京大學元培學院合作，於2014年9月設立整合科學實驗班。首批選拔招收20名優秀本科生。整合科學實驗班的培養目標是立志於科學的領軍人才。實驗班由北京大學相關院系從事生命科學跨學科研究的優秀教師參與課程設計與教學，其中包括多名中國科學院院士、國家傑出青年基金獲得者，實現教學資源的最優配備。實驗班課程全新設計，實施小班教學。在打好數理化生等基礎的同時，注重不同學科的深度整合；在課程設計與教學中強調對科學深入而融會貫通的理解，培養學生的主動性、批判性、全方位、跨學科的創新型思維。實驗班高年級學生將到北大的實驗室參與一流的科研實踐，並短期出國實習交流。學生畢業以後，既可以到生命科學及其它院系或研究單位繼續深造，也可以選擇到套用數學、生物物理、生物化學、生物工程等領域工作。

在本科生科研訓練方面，中心牽頭組織了iGEM（國際基因工程機器大賽）在中國的第一次宣講會，2007年在北京大學成立了第一支iGEM代表隊，並作為中國最早成立的iGEM代表隊參加在美國麻省理工學院舉行的比賽，榮獲全場總冠軍和專項第一名的好成績。北大iGEM活動自開始以來一直由歐陽頎教授擔任教練進行組隊並指導研究，中心合成生物學方向研究生協助相關課題進行，在多年的參賽中屢次獲獎，培養了一批從事合成生物學及相關研究的人才。部分研究成果發表在合成生物學相關雜誌上，如《分子系統生物學》(Molecular System Biology, 2010)，《美國化學學會.合成生物學》（ACS Synthetic Biology, 2012），(PLoS One, 2013) ，《定量生物學》（J. Quant. Biol., 2013），《自然通訊》（Nature Communications, Accepted）。其中《分子系統生物學》、《美國化學學會.合成生物學》文章發表後引起國內外合成生物學研究人員的廣泛關注，當月成為該雜誌下載量最大的十篇文章之一。iGEM是國際上合成生物學領域的頂級大學生科技賽事。通過比賽加強本科生的獨立科研能力培養和交叉學科訓練。突破以往傳統高等教育慣用的“教師主導、學生參與”的方式，採取學生自由選題、教師提供專業意見的“學生主導、教師把關”的新型模式。iGEM團隊的工作對提高北大本科生的獨立科研水平，提升北京大學的領先國際聲望，以及穩固中國在國際合成生物學界的科研地位，均起到了很大的正面促進作用。