讓億萬微生物效力，還清新于世界
——訪上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院唐鴻志教授

2018年11月7日，上?？茖W(xué)會堂有一場題為“好奇心驅(qū)使的科學(xué)研究——從神奇的分形現(xiàn)象談起”的報告會，報告人——麻省理工學(xué)院（MIT）張曙光教授從他所在的媒體實(shí)驗(yàn)室鼓勵創(chuàng)新的文化和機(jī)制談到他自己花了8年時間研究膜蛋白的經(jīng)歷，表達(dá)了他對麻省理工媒體實(shí)驗(yàn)室尊重科研規(guī)律、寬容創(chuàng)新失敗氛圍的敬意。張教授在報告里不止一次提到當(dāng)年在他的團(tuán)隊里一起從事相關(guān)研究，現(xiàn)在上海交大任職的唐鴻志教授。唐鴻志是我們2013級的啟明星，于是那天我們與同在會場的唐鴻志相約了采訪。采訪中才感覺到找唐鴻志采訪真是找對人了，他的經(jīng)歷和學(xué)科背景遠(yuǎn)不止在麻省理工媒體實(shí)驗(yàn)室那一段，他在分子微生物、環(huán)保治理和環(huán)保產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域都有建樹，是難得的既能頂天又能立地的研究專家。

爺爺是影響自己一生的人

唐鴻志1980年出生于山東濟(jì)寧，父母都是醫(yī)務(wù)工作者，且他們都熱愛自己的工作和事業(yè)。在這樣的家庭中成長，子承父業(yè)應(yīng)是正常的選擇。而在唐鴻志看來，爺爺對他人生的影響更深遠(yuǎn)和重大。唐爺爺是20世紀(jì)50年代上海交通大學(xué)的學(xué)生，后來由于院系調(diào)整到了武漢讀書，畢業(yè)后就一直在山東省生態(tài)環(huán)境廳從事環(huán)境保護(hù)工作，主管過山東省一些城市的環(huán)保治理。也因此，唐爺爺常給兒孫介紹環(huán)境知識，討論環(huán)保問題。鴻志說他小時候會由爺爺帶著到山東不同的地方考察了解當(dāng)?shù)丨h(huán)境問題，這種見聞讓他較一般孩子更早地對環(huán)境治理有了一些認(rèn)知?；蛟S是有這樣的背景，兒時的他畫了一幅以“擁抱地球、保護(hù)環(huán)境”為主題的畫投到一家畫報社并被錄用。在爺爺?shù)挠绊懴?，唐鴻志高考時沒有填報父母親希望他填報的醫(yī)學(xué)專業(yè)而報考了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。唐鴻志說：“就在我讀了一年大學(xué)后爸爸還想讓我學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)，也給我找到了轉(zhuǎn)學(xué)的醫(yī)科學(xué)校，但我最終還是聽從了自己的內(nèi)心，不轉(zhuǎn)校不轉(zhuǎn)專業(yè)，也許就是孩提時代爺爺對環(huán)保的執(zhí)著與情懷影響了我?！?/p>

確定微生物研究方向

2002年考研時，唐鴻志選擇了微生物領(lǐng)域當(dāng)時全國第一的山東大學(xué)，師從許平教授，參與微生物方面的一些課題。當(dāng)時許老師的課題組也是剛準(zhǔn)備開拓這個研究方向，加上當(dāng)時國內(nèi)從分子生物學(xué)角度進(jìn)行微生物研究的還比較少，以至于他碩博連讀的5年中，有一半以上的時間都是在探索。為了盡快進(jìn)入研究，他還到北方人類基因組中心學(xué)習(xí)了半年，其間進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)也沒有多大進(jìn)展?；匦：?，鴻志重新回到最經(jīng)典、最傳統(tǒng)的方法上進(jìn)行探索，最終通過構(gòu)建基因組文庫的分子生物學(xué)方法找到了尼古丁吡咯途徑降解的第一個酶——6-羥基-3-琥珀酰吡啶羥化酶。研究成果發(fā)表后產(chǎn)生了較大的影響，且被歐洲科學(xué)院收錄到教科書里。對唐鴻志來說，這個晚到的研究成果不僅讓他重拾信心，也讓他堅定了自己的研究方向，為后續(xù)的工作奠定了基礎(chǔ)。

2008年，唐鴻志博士畢業(yè)時，導(dǎo)師許平作為特聘教授被引進(jìn)到上海交通大學(xué)。由于科研能力得到導(dǎo)師認(rèn)可，唐鴻志作為團(tuán)隊一員也一并得以引進(jìn)，入職上海交大生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院。團(tuán)隊甫到，學(xué)院院長鄧子新院士立即對他們提出了高標(biāo)準(zhǔn)和新要求，要求他們沒有好的成果就不要急著發(fā)文章，要發(fā)就發(fā)上檔次的文章。“說實(shí)話，鄧院長對我們的幫助非常大，首先是要敢想，才能朝著這個目標(biāo)邁進(jìn)?！?/p>

目標(biāo)是定了，但是路卻沒那么好走，2008—2010年，唐鴻志只發(fā)了一篇文章。但歷經(jīng)三年積累后，唐鴻志以第一作者或通訊作者身份分別在遺傳學(xué)頂級期刊PLoS Genetics、微生物學(xué)頂級期刊Molecular Microbiology、生物化學(xué)期刊The Journal of Biological Chemistry等雜志上發(fā)表了多篇文章。其中，在Molecular Microbiology上就發(fā)表了5篇文章，而中國科學(xué)家此前在此期刊上鮮有文章發(fā)表的。以上文章大都圍繞環(huán)境微生物學(xué)，這也是唐鴻志從研究生起就瞄準(zhǔn)的方向。這些工作表明唐鴻志已在環(huán)境污染物代謝領(lǐng)域取得了一些國際同行認(rèn)可的科研成果，如第一次從分子水平闡明了假單胞菌代謝尼古丁的吡咯途徑；篩選到尼古丁的降解基因簇；發(fā)現(xiàn)和克隆了兩個尼古丁代謝的新基因等。

在MIT媒體實(shí)驗(yàn)室受到雙創(chuàng)啟發(fā)

2012年，唐鴻志來到MIT媒體實(shí)驗(yàn)室，這里是名副其實(shí)的奇跡發(fā)源地，也被譽(yù)為“走在社會發(fā)明最前端的黑科技誕生地”，如亞馬遜的Kindle、樂高機(jī)器人、BiOM仿生義肢、感應(yīng)式安全氣囊、全息數(shù)字3D打印等原創(chuàng)發(fā)明都源自這里。媒體實(shí)驗(yàn)室的展示廳里列滿了最新的研究成果，包括可以變形的無人駕駛汽車，蜘蛛絲房子，融入了人神經(jīng)元細(xì)胞的假肢等等，所有這些成果最后都會收藏到MIT的博物館里。

當(dāng)我們問及為何在媒體實(shí)驗(yàn)室會產(chǎn)生如此多的影響全球的“黑科技”產(chǎn)品時，在這個實(shí)驗(yàn)室逗留了一年多的唐鴻志總結(jié)了幾方面的“因素”：首先，媒體實(shí)驗(yàn)室是一個多學(xué)科交叉的研究機(jī)構(gòu)，這里聚集了來自世界各地的頂尖跨學(xué)科研究人員，不只有生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、電子信息、物理專業(yè)，還有心理學(xué)、建筑、人機(jī)交互等專業(yè)，這些頂尖頭腦聚在一起就是想創(chuàng)造一些新的東西，如果說這個實(shí)驗(yàn)室和世界其他一流實(shí)驗(yàn)室有什么區(qū)別的話，那就是這里更看重文化藝術(shù)、創(chuàng)意設(shè)計等這些媒介屬性與各種硬科學(xué)的深度融合。

其次，寬松、包容的文化氛圍也是這個實(shí)驗(yàn)室為人津津樂道之處。唐鴻志告訴我們，媒體實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)任主管伊藤穰一甚至沒有大學(xué)本科學(xué)歷，但在他領(lǐng)導(dǎo)下，媒體實(shí)驗(yàn)室這些年影響力一直在上升，伊藤穰一更強(qiáng)調(diào)開放式科研與創(chuàng)新，在最近的一次報告中他強(qiáng)調(diào)要跨越原有的學(xué)科壁壘，甚至用了“反學(xué)科”一詞。同樣，唐鴻志所在的課題組里有一位90后年輕人馬克也沒有讀過大學(xué)，但這里鼓勵新思想的環(huán)境讓他如魚得水，目前他已是實(shí)驗(yàn)骨干。在這里，是否名校出身、是否具有高學(xué)歷與是否“頂尖”研究者之間不會畫上等號。另外，這里各個學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室在空間布局上是連在一起的，方便研究者 “串門”，相互之間的交流完全沒有物理隔離的障礙，提升了創(chuàng)新思維碰撞的概率。

再次，在MIT，能力和為人得到認(rèn)可的科研人員就算幾年沒有文章，沒有拿到經(jīng)費(fèi)也可以繼續(xù)做下去。說到此，唐鴻志引出了他在MIT的導(dǎo)師張曙光教授的經(jīng)歷。那是他剛到MIT的時候，他的導(dǎo)師——美國國家發(fā)明科學(xué)院院士、美國醫(yī)學(xué)與生物工程院院士張曙光教授剛將其短肽蛋白的研究成果制成了有很大應(yīng)用價值的止血劑，并已成功上市。因此，他將研究方向轉(zhuǎn)到了膜蛋白上。在人類基因組編碼的蛋白質(zhì)中大約有30%是跨細(xì)胞膜的膜蛋白，它們起著促進(jìn)細(xì)胞和周圍環(huán)境之間交流的重要功能。盡管膜蛋白在細(xì)胞中廣泛存在，但由于它們的膜結(jié)合部分的強(qiáng)疏水性（脂溶性），所以不能溶于水，只有懸浮在脂溶性的去垢劑中時它們才能保持原來結(jié)構(gòu)。然而，這些去垢劑價格昂貴，而且沒有適用于所有膜蛋白的通用去垢劑，這使得科學(xué)家在研究它們的結(jié)構(gòu)和功能方面變得很困難。如果將膜蛋白變成水溶性，可以大大降低成本，并且純化也更容易。唐鴻志在MIT時跟著張教授主要就是進(jìn)行這方面的探索研究。但由于課題只是剛剛起步，因此在他回國時并沒有太大的成果進(jìn)展。唐鴻志說，在MIT的這一年，出成果并不是最重要的，更多的是感受這里的氛圍，學(xué)習(xí)他們研究和思考的方法，特別是沉靜下來專心做研究的心態(tài)。膜蛋白的研究到目前為止，整整歷時8年，張曙光教授團(tuán)隊才提出并實(shí)現(xiàn)了一種編碼方法（QTY），將膜蛋白變成水溶性。做研究就需要這樣的執(zhí)著和定力，這是唐鴻志在MIT最大的感悟。

唐鴻志當(dāng)時在MIT媒體實(shí)驗(yàn)室工作時的Bits and Atoms研究中心，該實(shí)驗(yàn)室主要從事3D打印及新型材料研發(fā)

還有一點(diǎn)也令唐鴻志印象深刻，學(xué)院里研究人員作的學(xué)術(shù)報告都是對外開放的，周圍的企業(yè)可以自由到學(xué)校里聽學(xué)術(shù)報告，如果他們認(rèn)為這是好點(diǎn)子，就會為這項研究提供資金支持。事實(shí)上，企業(yè)帶著市場的需求來“挖寶”，因此這項研究可能在最初階段就得到了企業(yè)的關(guān)注和持續(xù)跟蹤，并開始緊密的合作，這種開放、直接的雙向選擇和合作機(jī)制能夠讓學(xué)校里的研究成果很快得到轉(zhuǎn)化。

2018年參加中央電視臺《創(chuàng)業(yè)英雄匯》節(jié)目，獲得多位投資人青睞

環(huán)保路上堅定前行

如果說到MIT之前，唐鴻志的研究大多是在基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域的話，那么MIT給他最大的啟示就是：基礎(chǔ)研究其實(shí)可以與實(shí)踐應(yīng)用有效結(jié)合，科學(xué)家也可以創(chuàng)業(yè)，而且會比其他人創(chuàng)業(yè)更有優(yōu)勢。2013年回國后，唐鴻志以自己在環(huán)境微生物方面的研究為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前一些實(shí)際的環(huán)境問題開展應(yīng)用方面的探索，而政府和社會對于環(huán)境污染治理方面的巨大需求也提供了一個極佳的契機(jī)。2014年，唐鴻志申報了市科委一個垃圾臭氣綜合治理的課題，希望借助微生物的力量來除盡垃圾中難聞的臭氣和難降解、易揮發(fā)的毒氣。投身這項課題的大部分時間，他輾轉(zhuǎn)于本市幾個主要的垃圾堆放、填埋場點(diǎn)，對他而言，這相當(dāng)于是重新踏上爺爺當(dāng)年帶他走過的地方，特別是那些別人避而遠(yuǎn)之的垃圾堆。唐鴻志給我們介紹說，環(huán)境中的有機(jī)污染物，如吲哚、多環(huán)芳烴等，通常都比較難降解，而微生物是地球物質(zhì)循環(huán)的“引擎”，微生物菌群是大自然的環(huán)保衛(wèi)士和清潔工，它可以降解大部分的有機(jī)污染物。然而，利用微生物代謝的方法來解決環(huán)境污染絕不簡單，譬如篩選一種對某一類污染物有降解作用的微生物就十分困難，需要到無數(shù)個場地去取樣、重復(fù)篩選，這個過程往往需要2～5年時間。而即使篩選到這個微生物以后，通常自然狀態(tài)下的這種微生物的代謝和降解能力都很有限，還需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微生物強(qiáng)化，使之具備超強(qiáng)的降解能力，而這些還只是第一步。因?yàn)閷?dǎo)致垃圾場臭氣的污染物有上百種，要悉數(shù)去除這些污染物不是一種微生物就能奏效的，需要構(gòu)建一個菌群，讓它們協(xié)同作用，共同降解不同成分的污染物，這也是一個浩大的工程。

唐鴻志和他的團(tuán)隊這些年通過不斷的探索和研發(fā)，目前已經(jīng)研制出了若干有效的菌劑，噴灑后可以瞬間除臭解毒。目前國外進(jìn)口的菌劑對于臭氣有一定的緩解作用，但是對于污染物降解幾乎沒有效果，且價格昂貴（38～58元/噸）。唐鴻志團(tuán)隊研究的菌劑相當(dāng)于用了國外進(jìn)口1/20的價格實(shí)現(xiàn)了百倍的效率。這些菌劑已經(jīng)通過上海市疾控中心、上海環(huán)境監(jiān)測中心等機(jī)構(gòu)的評估和安全性檢測，目前已用于全國100家以上的垃圾中轉(zhuǎn)站、壓縮站和填埋場、焚燒廠等，而且使用至今零投訴、零污染。這個項目獲得了教育部自然科學(xué)一等獎，唐鴻志也因此榮獲“科學(xué)中國人2016年度人物·杰出青年科學(xué)家獎”。唐鴻志的啟明星項目以及后來的國家自然基金委“優(yōu)秀青年基金”項目等都與環(huán)境微生物相關(guān)。

2018年5月，唐鴻志受交大推薦參加中央電視臺的《創(chuàng)業(yè)英雄會》節(jié)目，這是央視推出的首檔大型青年創(chuàng)業(yè)實(shí)戰(zhàn)節(jié)目，旨在尋找最具增長潛力的創(chuàng)業(yè)項目（該節(jié)目又有“中國好項目孵化器”之稱）。節(jié)目中，在場大多數(shù)投資人都看好唐鴻志帶來的“環(huán)保衛(wèi)士”項目，投資人認(rèn)為他帶來的技術(shù)和產(chǎn)品除了現(xiàn)在能看到的功能，未來還有很大的升華空間，而且教授創(chuàng)業(yè)代表著產(chǎn)業(yè)升級的方向，照亮著國家的未來。

接下來，唐鴻志將進(jìn)一步拓寬自己研究成果的應(yīng)用范圍。比如，他目前正在研究的甲醛和甲苯的降解。眾所周知，新裝修房間中的甲醛和甲苯是對人體極為有害的毒物。唐鴻志通過合成生物學(xué)的方法，讓改性過的微生物菌群自動感知甲醛，然后迅速捕捉并將其降解成對環(huán)境無毒的二氧化碳和水，菌群完成使命后就會功成身退——通過簡單的操作（如光照）能啟動“自殺模式”，自行消亡，從而形成一個無毒無污染的閉環(huán)過程。這個微生物智能降解系統(tǒng)就是他的下一個目標(biāo)，這個方向還能派生出一系列其他的應(yīng)用。正如那些看好這個研究方向的人所說，除了物理和化學(xué)的方法外，生物技術(shù)一定是未來環(huán)保產(chǎn)業(yè)一個極有前景的新方向。

當(dāng)然，在做應(yīng)用推廣的同時，唐鴻志深知，基于機(jī)理的研究越深入，后面催生的應(yīng)用才會應(yīng)運(yùn)而生，因此基礎(chǔ)研究的能力永遠(yuǎn)是第一位的。

唐鴻志說：“爺爺這一代環(huán)保人畢生的愿望就是希望國家能天藍(lán)、地綠、水清。雖然爺爺已不在，但他的夙愿一直謹(jǐn)記在我心里。我想做的就是將高科技轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，讓億萬微生物加入到環(huán)保中，傾我一生，把清新還給世界！”

梁偲、江世亮寫于2018年12月24日