# 科研萌新，枯燥筑梦 > 初入实验心犹惴，勤杂力行自启航。枪头插满勤与细，冰盒装载梦与光。 > > 基因网络层层解，数据洪流细细量。科研长路从此始，初心不改步铿锵。 *** 我第一次见到M教授是在他的办公室，他是一个非常严肃、不苟言笑的人。简单聊了几句后，他就直接把我分配给了他手下的一位高年级的土博师兄Y。土博是指在中科大完成本科后直接保送本校攻读硕博连读的人，这个称呼使用以区分那些从外校通过考博的方式进入中科大读博士的学生。 M教授实验室采用以课题为单位的组织方式，每个课题组由高年级博士生担任核心角色，并带领一些刚入学的研究生。高年级博士生不仅是课题的主要负责人，还承担类似小导师的职责，指导低年级研究生的课题。 我当时刚加入实验室，就被分到了Y的课题组。Y随后把我介绍给了小组的其他成员，包括他的太太D，她同样是M教授实验室的博士生，与Y同一级，还有刚从外校考入中科大生物系的一年级研究生W，以及比我高一级的本科生H。 Y是一位体型偏胖的男生，而他的太太D则与他形成鲜明的对比，身材瘦小，精致灵巧，给人一种特别灵动的感觉。这对夫妻档在实验室中的合作堪称珠联璧合，相得益彰。 Y的研究风格天马行空，思维活跃，总是充满了各种新颖的想法和假设。而D则是实验操作的能手，心灵手巧。每当Y提出一个实验思路或技术方案时，D总能用她精湛的实验技能将其实现。正是这样的分工，让他们的实验成果常常令人惊叹。然而，科研的道路并不总是平坦。当实验结果未达到预期时，Y会发挥他敏锐的分析能力，深入探究问题的根源，总结经验教训，而D则会重新调整实验设计，继续尝试改进。 Y有时候会很严厉，我曾因为实验出错被他狠狠批评过几次，其中有一次差点被他批评得哭了出来。而D则截然不同，她性格非常温和，总是耐心且细致。在被Y批评后，她会非常温柔地安慰我，细心指导我如何改进实验。 他们的这种夫妻搭档模式不仅在性格和技能上形成了鲜明的反差，也展现了一种完美的合作关系。这种默契和互相支持，成为了实验室中一道独特的风景线。 Y和D因为需要花大量精力专注于自己的课题，因此将我主要交给研究生W负责。W进入实验室已经一年有余，对于生物实验的各种操作都非常熟练，因此由W指导我。 比较让我意外的是本科生H。他是比我高一级的生物系师兄，但我本以为M教授的实验室是不招收本科生的。所以当我第一次看到他出现在M教授的实验室时，的确感到有些惊讶。我并不知道他是通过什么途径进入实验室的，但有一点是确定，他在M教授的实验室表现非常出色。 当我刚进入实验室时，他的实验已经接近尾声，正处于收尾阶段，准备开始撰写论文。令我敬佩的是，他在随后本科毕业时，在高影响因子期刊上发表了两篇论文，已经超过同时期实验室的其它高年级博士生。这在本科生中无疑是非常耀眼的成绩，尤其是在M教授这样高要求的实验室里。他在本科结束后也申请到了美国排名靠前的PhD项目。我当时对H的崇敬之情真是如滔滔江水，连绵不绝，仿佛一座巍峨的高山让我心生仰望。 可能正是因为H师兄的优异表现，改变了M教授对本科生的看法，对本科生的潜力有了新的认知。所以当我给他发邮件，表达希望能到他的实验室完成毕业论文时，他毫不犹豫地就答应了。 从这个角度来说，我心中对H师兄充满了感激。可以说，他在前面用自己的努力和成果为我们这些后来者开辟了一条道路。我也因此有机会站在他的肩膀上，走进了这样一个对本科生而言相当稀缺的实验室环境。正是因为他在前面铺路，我才得以享受后来的便利，就像前人栽树，后人乘凉一般。 当然，M教授的实验室不仅仅只有我所在的课题组，还有大概四五个其他的课题组。每个课题组都有自己独立的研究方向，但它们的结构基本类似：通常由一位高年级的博士生或博士后担任核心人物，再带领一到两个低年级的研究生共同开展研究工作。 像我这样没有太多实验基础的本科生，刚进入实验室时，自然是没有机会独立开展课题的。大部分时间，我都在跟着W学习，观察他做实验。他一边做实验，一边会耐心地向我讲解实验的流程或者protocol（实验方案），让我把关键步骤记下来。 生物实验相对来说具有很强的规范性，每一个实验都有前人总结出来的protocol。这些protocol通常是经过大量试验优化的，因此每一步都写得非常明确。例如，质粒抽提实验，这是一种提取质粒DNA的方法，将质粒与细菌基因组DNA分开，去除蛋白质及其它杂质，以得到相对纯净的质粒，这个实验在分子肿瘤学里面经常用到。质粒抽提protocol会标明每一步的具体操作和时间要求，比如离心需要几分钟，加入试剂后在冰上放置多长时间等等。这些步骤是严格规定的，偏差一点可能都会影响结果。 在这样的框架下，生物实验的过程更多依赖于精确的执行能力。因此，生物实验需要脑力的部分并不多，更多是重复的体力活。比如，进行质粒抽提的时候，往往不是只处理一个样本，而是十几个甚至几十个样本。整个实验下来，可能需要几个小时的重复操作，从离心到加试剂，再到每个步骤之间的时间等待，需要体力和耐心，还需要细心、严谨和专注。 操作几十个样本时，最考验人的是专注力。在重复性操作中，如果在一排排看起来一模一样的样品中加入试剂时稍微分神，可能就会忘记这个样本是否已经加过试剂了。是加过还是没加过？哪怕只是一个样本加错了试剂，整个实验的结果就可能不准确。为了避免任何不确定性，往往只能选择把所有样本扔掉，从头开始做实验。这种情况在我身上确实发生过几次。所以在实验的每一个步骤中，都必须全神贯注，不能让思绪有一丝一毫的游离。后来，我养成了习惯，每一步操作都严格按照顺序逐个确认，并在心里默念或记录，以确保不会遗漏。 作为刚进实验室的新人，我好像小时候刚进新学校，陌生、紧张，却又满怀期待。唯一不同的是，小时候我只需要按照老师要求背好课本就能混得不错，而在实验室，我需要自己争取机会。于是我遵从新人的生存法则： 努力从打杂开始。 每天清晨，我的战斗从制冰机开始。实验室的试剂，很多是生物酶，娇气得很，在室温下就可能失去活性。所以这些试剂在做实验的过程中要放在冰上。因此大家每天早上到实验室后第一件事，就是去生物楼的制冰机那里打冰。 当天蒙蒙亮实验室还没人时，我已经穿梭于实验室和制冰室之间，替每个人的冰盒打满冰。我觉得这是展示积极态度的好机会： 在科学的道路上，冰凉的起点也能铺满热情。 实验室的另一项打杂任务就是插枪头。在M教授的实验室里，节俭是美德。移液枪的一次性的枪头并不是用完就扔，而是洗干净、消毒后反复使用。于是，插枪头成了我每日的修行。一个枪盒一般有96个枪头，每次要插上几盒甚至十几盒。插枪头虽然枯燥，但对我来说，耐心插满枪头，也是插满认真与积极的态度。 这些打杂工作虽然乏味无趣，却让我在实验室留下了良好的印象。大家都能感受到我的细致和热情，这让我离正式参与实验又近了一步。很快，M让我独立完成一些基础实验，比如质粒抽提、DNA电泳、蛋白质电泳和养细胞等。这些基础实验看似简单，但对新人来说却是莫大的信任。随着我的进步，Y和D也开始让我参与更复杂的实验，例如酵母双杂交、荧光原位杂交以及流式细胞术等。我慢慢体会到，科学是慢活儿，耐心和细致是最好的催化剂。从插枪头到养细胞，每一个琐碎的瞬间，都是通向科学真相的阶梯。 通过观察和参与实际课题，我慢慢摸清了实验室的研究思路，这个思路也是很多分子生物学实验的常用研究方法。实验一般会从一个特定的基因开始。这些基因可能是实验室前辈们研究时遗留下来的未解谜题，也可能是最近的文献提示它跟某种癌症有千丝万缕的关系。 首先，确定某个感兴趣的基因后，需要把这个基因克隆出来。通俗点说，就是单独把它拎出来，以供后续仔细研究。就像侦探电影里一样，首先要确定并找到犯罪嫌疑人，把它带到审讯室。 然后，研究这个基因的朋友圈。基因在细胞里不是孤军奋战，它有自己的社交网络。这个基因跟谁关系密切？它对应的蛋白会跟哪些蛋白结合？它受到哪些某些转录因子的调控？通过一系列实验手段，比如酵母双杂交，看看它经常会和谁黏在一起，谁是它的死党，谁又是它的敌人。拼凑出这个基因的朋友圈和敌对圈。 接着，通过移除法找出该基因真正的功能。确定了基因的社交网络后，就轮到RNA干扰（RNAi）技术上场了。简单来说，这个技术就是敲掉嫌疑基因或者和它的相关基因，看其它基因和细胞有什么反应，比如癌细胞是继续疯狂增长，还是开始收敛。除了移除法，还可以采用增量法，即在细胞中过度表达目标基因，以观察其它基因和细胞的反应。这个阶段的实验就像是在犯罪现场测试不同的假设，排查幕后主谋。通过一增一减这两种技术手段，就能初步了解这个基因在分子信号通路中的作用，知道它是如何调控其他基因，又是如何被调控的。 随后就是从细胞到小鼠的进阶实验。细胞层面研究还只是纸上谈兵，更大的谜题在生理层面。于是，一般会把分子层面的基因研究推进到小鼠身上验证它的真实功能。这就像把嫌烦带到犯罪现场，进一步确认整个犯罪过程。 生物实验里广泛使用的小鼠有一个专业名称：裸鼠（Nude Mouse）。它们是免疫系统中关键部分被移除的小鼠，天生就没有免疫警察。把癌细胞注射到它们体内，癌细胞就能肆无忌惮地生长。这些小鼠必须生活在无菌环境下，因为一点病菌就能致命。而又因为在敲除免疫系统的基因的同时，会影响毛发基因，所以这类老鼠没有毛发，因而被称为裸鼠。 在小鼠身上，我们可以观察基因的生理作用，看它是否影响肿瘤的形成速度，是否改变了肿瘤的侵袭性，甚至是否对某些治疗方式敏感。通过这些实验，所研究基因在整体生理层面的功能逐渐浮出水面。 在实验室当了一段时间的门徒，终于我迎来了自己的科研课题：乳腺癌对紫杉醇（Paclitaxel）产生抗药性的机制研究。 乳腺癌是全世界妇女的头号杀手，每年夺走无数生命。而紫杉醇是一种治疗乳腺癌的明星药物。它是一种从紫杉树皮中提取的天然化合物，是一种高效、低毒的天然抗癌药物，通过抑制细胞分裂来对抗癌症，它会稳定细胞分裂过程中所需的微管结构，阻止癌细胞完成有丝分裂，最终导致细胞死亡。 虽然紫杉醇的疗效显著，但临床现实却很残酷：许多乳腺癌患者在接受紫杉醇治疗一段时间后，癌细胞会进化出抗药性，紫杉醇逐渐变得无效。这就像一场猫与老鼠的战争，当我们用紫杉醇阻击癌细胞时，癌细胞却偷偷摸索出一条逃生通道，绕开了药物的攻击。 所以，搞清楚乳腺癌为什么会对紫杉醇产生抗药性，以及这种抗药性背后的分子机制，不仅是科学研究的挑战，也是关系到无数患者生存质量和生命希望的重大课题。科学研究就像一场赛跑，癌细胞在进化，我们也在追赶。 这个课题并不是凭空而来，而是基于Y和D之前的一系列研究结果。为了研究抗药性的机制，他们耗费了大量时间和精力，筛选出了一种对紫杉醇具有稳定抗性的乳腺癌细胞系。 这个过程听起来简单，实际上困难重重。核心在于如何筛选出抗药性的癌症细胞系。Y和D的方法是不断给癌细胞施加紫杉醇的压力：一开始给少量药物，让癌细胞感到压力但不至于被团灭；接着逐渐增加药物浓度，让癌细胞在压力下寻找生存之道，最终筛选出具备抗药性的细胞。 但这并不是容易的工作。如果药物浓度过高，癌细胞会直接被杀死，根本无法产生抗药性；而如果浓度过低，癌细胞可能完全不受影响。所以，这个过程更像在走钢丝，需要精确控制紫杉醇的剂量和递增速度，一点点试探出癌细胞的极限。最终，他们成功筛选出了稳定的对紫杉醇抗药性细胞系。这是个耗时又考验耐心的过程。 有了抗药性细胞系，下一步就是和普通癌细胞系进行比较，找到抗药性背后潜藏的真凶基因。癌症会绕过药物，我们则要找到它绕开的路。 Y和D用了当时刚刚兴起的高通量芯片分析方法，类似给细胞基因做了一次全面的体检。芯片分析全面展示了抗药性癌细胞和一般癌细胞之间的基因表达差异。挖掘出哪些基因在抗药性细胞中被打开了，而哪些基因被关闭了。这些变化的基因可能就是癌细胞开辟逃生通道、抵抗药物的关键所在。 相较于传统的分子生物学方法，每次只研究一个或少数几个基因，高通量的基因芯片技术无疑是一场革命。它可以同时研究数百甚至上千个基因，生成海量的数据。但数据多了，问题也来了：如何从这些海量信息中挖掘出有用的结论？ 答案是：生物信息学和统计学。 我刚进实验室时，正赶上团队开始分析紫杉醇抗药性的基因芯片数据。整个实验室都弥漫着一种紧张而兴奋的气氛，因为这批芯片数据关乎课题的关键进展。 我第一次目睹他们用电脑分析芯片数据时，整个人都很惊奇。把复杂的芯片数据喂进电脑，经过生物信息学的算法软件的计算，屏幕上就会生成色彩斑斓的图表。这些图表展示了基因表达的差异和信号通路的变化。 这一刻，我彻底被生物信息学种草了。作为一个对计算机一直怀有兴趣的人，我从没想到它还能这样为生物学服务。数据是生命密码，生物信息学则是解锁这些密码的钥匙。这种将计算机与生物学结合的方式，在我心里埋下了一颗生物信息学的种子，虽然当时还没发芽，但它注定会在未来某个时刻改变我的职业轨迹。 经过生物信息学和统计学的分析，从基因芯片中筛选出了大约十几个可能与紫杉醇抗药性显著相关的基因。每个基因背后都隐藏着一个潜在的故事，但要解读这些故事，需要进一步用分子生物学得方法研究。 我的课题正是从这些基因中挑选一个来研究它的功能，并深入探索它如何参与癌细胞对紫杉醇的抗药性形成。这是一个从宏观到微观的过程：从高通量筛选的海量数据，到结合已有文献背景，选出一个最具研究价值的目标基因。 于是我带着满腔的热情，迫不及待地开始研究选定的基因，憧憬着解开乳腺癌紫杉醇抗药性之谜。然而，生物研究的现实远比我想象的要复杂，也更磨炼人。 有句俗语说得好：“行百里者半九十。” 走了九十里路，却只能算是完成了一半。这话让我在科研之路的开端深有体会。 刚得到属于自己的课题时，我满怀欣喜，心里想着，只要按部就班地像师兄师姐那样设计好实验，跑出漂亮的结果，paper就唾手可得！我越想越激动，觉得心潮澎湃，成功就在眼前。 于是我从高通量基因芯片的结果中，挑选了一个对新手非常友好的基因开始研究。 首先，这个基因在一般癌细胞和紫杉醇抗性癌细胞中存在显著统计差异，并且是差异基因列表的前几名。事出有因，这么大的表达差异，可能正是紫杉醇抗性的重要线索吧？ 接着，我查阅了文献，发现这个基因早已经有不少研究了，但没有人探讨它与紫杉醇抗性的关系。这意味着，我的研究既有基础可以参考，又有明确的创新方向，非常友好。 然后，我搜索了生物信息学数据库，这个基因不仅有完整的序列，还附带了一些功能信息。 这更让我信心倍增：有差异，有文献，有序列，这个基因对新手来说简直是完美的起点！ 万事俱备，实验的第一步：利用PCR将这个基因单独拎出来，然而…… PCR全称是聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction），是分子生物学领域中最重要也是最常用的技术，获得了1993年的诺贝尔化学奖。它用来把目标DNA序列扩增，简单来说就是从一堆混杂的基因里精准地找到你想要的那一段，把它复制成无数份，方便后续分析。就像在大海捞针中，先用磁铁吸引金属，然后放大到可以随手拿到的程度。 PCR实验需要设计引物，简单来说，引物就像是给PCR导航的小标签，能够精准地标记你想复制的DNA起点和终点。这些短小的引物片段通过与目标序列结合，为PCR扩增提供了基础，就好比在复杂地图上画出了你要去路线的起点和终点。 PCR引物设计也有一定的讲究。需要确保引物和目标序列能够准确匹配，同时还要避免引物之间互相结合或者形成复杂的二级结构。就好比设计一把钥匙，不仅要能打开正确的大门，不能打开不想打开的门，还不能让钥匙卡在锁里。 我信心满满地设计好引物，按照实验的protocol完成PCR实验。满怀期待地跑胶，却发现结果一片空白。我当时就头脑一片空白。 可能是引物设计有问题？ 于是我调整并重新设计引物，再试。还是没有条带。 可能是PCR设置的退火温度不对? 于是我设计不同的温度梯度，依次再试。还是没有条带。 可能是PCR仪器有问题? 可能是试剂失活? 我重新挨个摸索各种可能的实验条件，再试。 甚至W也帮我做了一次，依旧失败。 实验不断失败，给我带了巨大的挫败感，我仿佛从云端掉到了泥潭里。本以为简单的课题，原来并没有那么友好。 再加上M教授，对实验耗材消耗和结果产出成正比的高要求，让不断消耗实验试剂却没有结果的我，感到了巨大压力，自己的配额用完了，Y和D帮我去隔壁实验室借试剂，这也让他们感到紧张不已。 那一刻，实验的接连失败让我突然地意识到，自己正站在人生的十字路口，我不得不承认一个残酷的事实：或许我天生就不是做生物实验的料。那些反复的失败尝试，都在告诉我一个真相。也许是时候停下盲目奔波的脚步，好好思考。 这条路，真的适合我吗？