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微观世界的追光者

2023.6.19

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/6/503168.shtm

仰望夜空，闪闪的星辰让人心驰神往，在生命科学领域，瀚如星海的细胞世界更是科学家们孜孜不倦的追求。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员、单细胞中心主任徐健便是万千“追星”科学家中的一员，他坚持原创服务社会的理念，潜心国产原创仪器研制，矢志探索微观世界的“功能之光”，在仰望星空的同时脚踏实地，为国产仪器的振兴、为微观世界的探索而不断奋进。

徐健应邀在2023中国肠道大会主持交叉技术大会并做学术报告青岛能源所供图

原创仪器，追逐产业振兴之光

2008年，中国科学院青岛生物能源与过程研究所时任所长王利生和党委书记赵汐潮远赴美国为早期的研究所寻找初始科研力量。在中国科学院使命的感召下，在研究所创始团队奋斗不息、创新不止的精神感染下，徐健很快放弃美国圣路易斯华盛顿大学的永久职位和绿卡，全职回国，依托中国科学院优势资源及高层次人才引进政策的大力支持，开始了自己科学报国、服务社会的科研之路。

“在实验工作中，我发现大部分的高端科学仪器都是国外的品牌，我国是制造业大国，为什么高精尖的科学仪器我们不自己造呢？”徐健回忆道，自此“自己造仪器”这个想法便在徐健心里悄悄生了根。

2012年，美国莱斯大学博士马波全职加入青岛能源所，他背后蓬勃发展的微流控技术，让徐健“自己造仪器”的想法有了落地的支撑。他们一拍即合，组织同事们围绕国家重大战略部署，从国家需求中确定科研课题。他们创建了单细胞中心，开启了从“买国外仪器”、到“用自己研制的仪器”、再到“推广自己研制的仪器”的无比艰辛却又无限光荣的历程。

十年磨一剑，单细胞中心提出了拉曼组等单细胞代谢表型组学概念，并研制成功了FlowRACS、RACS-Seq、CAST-R、EasySort等一系列原创的微生物组/单细胞分析科学仪器，服务于细胞工厂筛选、微藻分子育种、生物资源挖掘、生物制造过程监控、抗感染精准用药、药物筛选等广阔领域。在研究所的支持与鼓励下，这些“首台套”生命科学高端仪器正在通过青岛星赛生物科技有限公司进行产业化推广。

“我们畅想着自己孕育的这些‘机械宝宝们’，能够走向国内外的每一个实验室和厂房，从而建立地球上每个细胞的“功能身份证”系统，以无损、实时、深入地探测与挖掘自然界和人体中蕴含的细胞资源！”徐健兴奋地说。

徐健在实验室指导学生做实验。青岛能源所供图

感染诊疗，探索生命健康之光

在人类疾病中，感染性疾病的发病率位列第一，而死亡率位列第三。发病率、死亡率，这些冷冰冰的数字的背后，是一个又一个支离破碎的家庭。徐健意识到抗击超级细菌对于人民健康和公共卫生的重大意义，而耐药微生物感染这头灰犀牛如何及时、准确地发现，具有非同寻常的临床价值。突破现有临床困境，打破现有药敏仪器方法学的原理性局限，是徐健为团队定下的目标。

开发更加灵敏快速的检测技术，研制原理样机，仪器关键器件实现国产化……徐健带领团队朝着目标艰难前行。

“我们从2015年开始成立了微生物药敏快检的原理开发与仪器研制的突击队”徐健回忆道，“历时两年的探索与努力，2017年我们终于在SCI期刊上发表了全新的单细胞精度药敏快检方法，这是我们心血的结晶，也是第一个阶段性的小胜利。”

方法学的建立为突击队打了一剂强心针，短暂的欢欣之后，他们更加坚定地投入到第二、第三阶段的研发工作中。查阅资料、对比品牌、筛选部件、核对参数，连续不断地试用，形成的是数千张图片、数万组光谱数据……在那从早到晚彻亮的灯光下，他们一张张草图的改，一个个部件的试，一次次实验的重复。“设计-尝试-失望-振作-再尝试-欣喜”，研发的艰辛不断地循环往复，最终迎来了苦寒中的梅香。

徐健带领的单细胞中心在2018年底研制出针对临床病原快检的单细胞拉曼药敏快检仪CAST-R原理样机。随着不断升级优化，团队基于拉曼组策略，推出了单细胞精度的病原菌鉴定、活性判断、活力测量、药敏表型测定和全基因组溯源技术体系SCIVVS，其中药敏检测时长仅为传统方法的1/10。通过与多个临床团队合作，单细胞中心建立了“微生物药敏单细胞技术临床示范网络”，开始了业界推广。

徐健在博鳌亚洲论坛全球健康论坛上做报告青岛能源所供图

国之所需，铸造探微设施之光

微生物无处不在，且蕴含着无穷的宝藏与魅力。挖掘复杂微生物组的功能并加以利用，亟需高通量、大规模、一体式的微生物组探测科学设施。

“我的导师是美国科学院、医学院院士Jeffrey Gordon，他在肠道菌群领域做出了奠基性、开拓性的工作，我有幸成为他最早的微生物方向研究生之一，”徐健回忆，“在微生物组领域二十多年的科研经历，让我逐渐产生了建设微生物组探测设施的想法。”在美国的学习工作经历，培养了徐健在微生物组基础研究的科学思维，而在青岛能源所的十余年工作经历，则赋予了徐健基于单细胞分析仪器自主创新来建设微生物组探测设施的底气与自信。

单细胞中心多年的研究积累与奋斗方向不断吸引着年轻科研力量的加入。美国贝勒医学院博士孙鲁阳、美国能源部大湖生物能源研究中心博士沈威、德国莱布尼茨光子技术研究所博士郑晓姗等陆续回国，拓展了团队在单细胞测序、生物拉曼成像等方面的科研力量，自此汇集多学科、多领域的MEx建设团队基本形成。

徐健带领团队提出了“原位功能”靶向性的单细胞多组学新思路，打通了“菌群单细胞代谢表型组+基因组+培养组”总体技术路线，证明了在复杂微生物组样品中，在单个微生物细胞精度进行代谢功能探测、高质量全基因组测序、活体细胞“先筛后养”等的可行性。

同时，团队在全球范围内积极寻找具有优秀技术和资源的合作伙伴，成立企业联合实验室、启动国际大科学计划、建立了技术与装备水平领先的微生物组单细胞分析技术服务网络，目前中心的技术与装备已经服务18个国家重点实验室和多个世界500强企业。

“我们计划建设世界首个微生物组探测设施，”徐健憧憬道，“我们期望从新仪器、新数据、新智能的角度，推动微生物组研究向“单细胞多组学”迈进，并通过建立快速、精准、全景式、低成本的菌群质检质控技术以及相应的标准体系，突破目前临床、工业、环境、资源和安全等诸多场景中微生物组难以快速“体检”与“调控”这一共性瓶颈，以充分发挥和尽情释放这些“微小巨人”的磅礴力量。”

君子素其位而行，不愿乎其外。徐健带领单细胞中心团队，怀着科学仪器原始创新的初心，向着微观世界的耀眼光芒继续前行。

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