胡瑋：探索生物被膜的奇妙之旅

徐艷慧

在我們的自然界中，生長著一類難以用肉眼觀察到的微小生物，如病毒、細菌、真菌、部分原生動物和藻類等，這些個體被統(tǒng)稱為微生物。在自然條件下，微生物能夠附著在物體表面形成高度結(jié)構(gòu)化和群落化的生物被膜（biofilms），這種生活方式與浮游生長相比有顯著不同。在生物被膜形成的動態(tài)過程中，微生物細胞一旦被吸附，其生物學特性將發(fā)生明顯的改變，尤其是在生理應答和發(fā)育動力學等方面，細胞可啟動一套完全不同的基因，使其變成有別于單細胞狀態(tài)的群落化的“高等”生物。

作為多數(shù)微生物首選的具有保護性的生存方式，生物被膜不但對于細胞在環(huán)境中的存活至關(guān)重要，還在許多感染性疾病中扮演了重要角色。已有的研究表明，大約65%的人類細菌性感染與生物被膜密切相關(guān)。此外，生物被膜還會污染與人類生活相關(guān)的設(shè)施，如空調(diào)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和食品加工設(shè)備等，由此造成傳染病的流行。作為微生物相關(guān)領(lǐng)域的主要熱點之一，國際微生物學界對生物被膜的相關(guān)研究一直非常重視?！疤剿骷毦锉荒さ男纬蓹C制，開發(fā)相關(guān)防治技術(shù)，更好地服務(wù)人類社會?！边@是山東大學微生物技術(shù)研究院副院長、微生物技術(shù)國家重點實驗室副主任胡瑋教授一直在求索的問題。

讓夢想照進現(xiàn)實

1977年，胡瑋出生在山東省濟南市一個高知家庭。由于父母都是山東大學的老師，在他們的熏陶和教育下，胡瑋從小就特別熱愛學習，成績一直名列前茅。高中階段，“學霸”胡瑋多次參加數(shù)學、物理、化學等多個學科的全國性競賽，并取得好成績。這使得他沒有參加高考，直接被保送到山東大學就讀。

1995年夏天的一個傍晚，胡瑋在校園里邊散步邊想著選專業(yè)的事兒：“是計算機專業(yè)好還是國際金融專業(yè)佳呢？”就在犯難之際，一個轉(zhuǎn)角間，他碰到了鄰居——山東大學微生物學科創(chuàng)始人王祖農(nóng)教授。在與王老的交流中，胡瑋不僅對微生物專業(yè)有了了解，還知道了法國微生物學家、化學家巴斯德許多動人的故事?！鞍退沟掠幸痪洳恍嗟膼蹏裕骸茖W雖沒有國界，但科學家卻有自己的祖國。’這擲地作響的話語，充分表達了一位科學家的愛國情懷，也讓我對他產(chǎn)生了無比崇拜之情。”就此，胡瑋開啟了與微生物學的奇妙緣分。

目標是行動的指引。在求學路上，胡瑋一直朝著心中的理想不斷奮進?！俺蔀橐幻咝＝處熓俏覐男〉酱蟮膲粝??！彼f，除了受到父母的影響外，自己也覺得老師是一個值得讓人尊敬的職業(yè)。胡瑋深知，要想圓夢，光憑本科階段的學習是遠遠不夠的。為此，他于2000年申請到山東大學微生物學專業(yè)的博士，進行進一步的深造。

畢業(yè)不久，胡瑋便迎來了他人生中的第一次教學，不過不是在山東大學，而是在新疆喀什師范大學。由于山東大學對口支援喀什師范大學，在學校急缺生命環(huán)境科學系老師的情況下，身為一名共產(chǎn)黨員的胡瑋被委以重任。他坦言，雖然只有短短3個月的時間，但這段經(jīng)歷對他來說，意義非凡?！暗搅诵陆?，我深刻地感受到祖國的地域如此遼闊，風景如此美麗。新疆的人民熱情好客，各民族之間和睦相處，親如一家人。”胡瑋說，“在喀什，我與很多少數(shù)民族的老師和學生成了朋友，還被邀請到他們家中做客。盡管這么多年過去了，但我們依然保持著聯(lián)系，關(guān)系還是那么親密?！彪x開新疆時，胡瑋還將在喀什師范大學的所有講課費用捐出，加上一些個人積蓄，資助了一名貧困大學生的4年學業(yè)。如今，這名學生也成了一名光榮的人民教師。

2008年，胡瑋以訪問學者的身份，遠赴美國加州大學洛杉磯分校牙醫(yī)學院口腔生物學系進行博士后研究，在細菌生物被膜領(lǐng)域接受了系統(tǒng)的科研訓練，極大地提升了個人的科研水平。2011年研究工作期滿后，他回到山東大學繼續(xù)任教。經(jīng)過多年的歷練，現(xiàn)如今，胡瑋已由生命科學學院的一名講師成長為教授。2017年開始，他還擔任了山東大學微生物技術(shù)研究院副院長、微生物技術(shù)國家重點實驗室副主任。眾多的頭銜下，胡瑋坦言，自己最喜歡的仍然是“老師”這個稱謂。他特別推崇一句話——“有教無類，因材施教”。“要根據(jù)學生的不同情況，采取不同的教學方案?！焙|說，他的課程面向全校學生開放。有的學生是學文或者藝術(shù)類的，這時他就需要做一名科學的傳播者，盡量將內(nèi)容講得有趣些，讓學生們更了解這個專業(yè)。針對本科生，他主要側(cè)重于基礎(chǔ)知識的掌握。而針對碩士、博士生，他就會融入更多的前沿知識。“我認為，老師就像是麥田里的守望者——成長需要等待，教育需要守望。守望，不是放任自流，也不是揠苗助長。守望，是一種嚴格的看護，一種執(zhí)著的堅守，一種智慧的等待。好老師，就應該是這樣的守望者?！焙|說。

“知之愈明，則行之愈篤”

從博士開始，胡瑋先后師從我國著名的黏細菌研究專家、山東大學的李越中教授和國際知名的生物被膜權(quán)威、加州大學洛杉磯分校的施文元教授（現(xiàn)為哈佛大學Forsyth研究院院長），一直致力于細菌生物被膜形成分子機制的研究。在這一領(lǐng)域，胡瑋先后獲得了多個國家自然科學基金面上項目、國家重點研發(fā)計劃專項課題、科技部原“863”課題、山東省科技重大專項和重點研發(fā)項目的支持。

隨著“健康中國”上升為國家戰(zhàn)略，胡瑋響應國家“科學研究既要追求知識和真理，也要服務(wù)于經(jīng)濟社會發(fā)展和廣大人民群眾”的號召，與國內(nèi)多家科研與臨床單位和知名上市企業(yè)合作，致力于細菌生物被膜防治技術(shù)及藥物的應用開發(fā)，努力將科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力。

21世紀以來，在臨床需要和科技進步的推動下，生物醫(yī)藥材料取得了巨大成功，挽救了數(shù)以千萬計危重病人的生命。但是，生物醫(yī)用材料植入人體后，蛋白和細胞等生物組織在其表面吸附，輕則影響其功能，重則造成凝血和血栓，引發(fā)免疫反應、癌變甚至死亡。與此同時，材料的生物污染，尤其是微生物被膜的定殖，造成器械相關(guān)感染，產(chǎn)生嚴重后果。美國疾控中心的數(shù)據(jù)顯示，50%的院內(nèi)感染與植入性器械有關(guān)，相關(guān)的醫(yī)療費用高達100億美金/年以上。解決這一問題的根本出路在于使用具有抗污活性涂層化合物對材料進行表面改性。

“保守估計，北美市場在抗污改性的相關(guān)花費年均超過50億美金，我國該類市場的預測年復合增長率則高達11%～15%。但是，目前應用最廣泛的一類抗污染改性劑存在易氧化、穩(wěn)定性和抗感染能力不足等嚴重問題?！焙|介紹道，“兼性離子聚合物被認為是更具應用前景的新一代抗污染材料。目前，該類聚合物在國內(nèi)主要被用于洗滌紡織、分離膜處理、石油開采和船體涂層等領(lǐng)域，對于性能要求較高的生物醫(yī)用材料行業(yè)的針對性產(chǎn)品鳳毛麟角。與此同時，對于國際上相關(guān)產(chǎn)品的分析表明，兼顧降低蛋白與細胞吸附和阻止生物被膜形成的多功能型聚合物將是該領(lǐng)域未來發(fā)展的重要方向?！?/p>

由此，胡瑋帶領(lǐng)團隊和山東奧博生物科技有限公司合作開展了山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才戰(zhàn)略新興創(chuàng)新專項“復合型甜菜堿類兼性離子高聚物的制備及其在生物醫(yī)用材料中的應用”的研究。針對不同使用目的，胡瑋基于企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品的合成與純化工藝，制備多個兼性離子單體和聚合物，通過醫(yī)藥級產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)成功實現(xiàn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級;通過在聚合物分子中插入有效抑制病原微生物被膜形成的活性單體，從根本上解決相關(guān)產(chǎn)品抗感染能力不足等問題;基于產(chǎn)品類別、應用領(lǐng)域和活性要求，研發(fā)針對性的表面涂層與改性工藝;利用多種技術(shù)手段，建立評估聚合物產(chǎn)品的物化特性、抗污活性與生物安全性的系統(tǒng)分析體系……該項目的相關(guān)研究成果將進一步拓寬兼性離子高聚物在生物與醫(yī)用材料領(lǐng)域中的應用范圍，并為面向生物醫(yī)用材料表面改性的高端復合型聚合物類產(chǎn)品的研發(fā)與升級提供指引。

“我很喜歡喬布斯的座右銘：stay hungry， stay foolish。翻譯成中文即是，求知若饑，虛心若愚?？茖W研究的本質(zhì)就是解決問題。這個過程是我不斷汲取能量、獲得進步的過程。這也是我一直樂在其中的原因吧！”胡瑋說。