圖：白鯨，被認(rèn)為上是地球使用弱磁場導(dǎo)航的物種之一
為什么有的人方向感很差？這或與體內(nèi)的磁感應(yīng)蛋白MagR的基因變異有關(guān)。
11月16日，Nature網(wǎng)站發(fā)文祝賀：中國的科學(xué)家謝燦教授團(tuán)隊公布了動物體內(nèi)具有辨識方向作用的“生物指南針”結(jié)構(gòu)——由被其命名為MagR的磁感應(yīng)蛋白與光敏隱花色素蛋白組成的含鐵元素的復(fù)合體（MagR/Cry）。謝燦教授的這一重磅發(fā)現(xiàn)與分享，將開啟科學(xué)界以生物指南針結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的“磁遺傳學(xué)”的研究浪潮。
是日，北京大學(xué)生命科學(xué)院教授謝燦研究團(tuán)隊的論文“A magnetic protein biocompass”被影響因子高達(dá)36分的Nature子刊Nature Materials《自然材料》接受并在線發(fā)表。謝燦研究團(tuán)隊通過對果蠅的12536個基因篩選后，發(fā)現(xiàn)了唯一一個與CRY相結(jié)合的含有鐵、硫的蛋白螯合物（CG8198）的磁感應(yīng)受體蛋白，能夠感應(yīng)外界磁場?；谶@種蛋白具有磁感應(yīng)能力，謝燦團(tuán)隊將CG8198命名為磁感應(yīng)受體蛋白（MagR）。
動物（蝴蝶、鴿子、海龜、狼……）通過感應(yīng)磁場辨識方向進(jìn)行遷徙，科學(xué)家認(rèn)為動物體內(nèi)應(yīng)該存在某種蛋白能夠感應(yīng)地磁，即磁受體蛋白，但是關(guān)于蛋白及背后的分子機(jī)制卻不清楚。直至2008年自然（《nature》）期刊發(fā)表了一篇揭示果蠅中有一種光敏隱花色素蛋白復(fù)合體（Cry），一旦敲除該蛋白，果蠅對方向的敏感性會減弱。謝燦教授指出，Cry蛋白并不是真正的磁感應(yīng)受體蛋白，因為它不能感應(yīng)磁場的極性（南、北極）。
謝燦教授paper中的部分圖片(棒狀的化合物可以對準(zhǔn)磁場)
那究竟是什么原因在幫助動物指示著方向呢？在過去的10年里，科學(xué)家們曾經(jīng)利用過某些蛋白質(zhì)的光感應(yīng)能力來操控神經(jīng)元細(xì)胞，例如將一根光纖電纜直接插入到大腦里來調(diào)控個別神經(jīng)細(xì)胞的活性，即我們熟知的光遺傳學(xué)。
謝燦教授團(tuán)隊經(jīng)過6年多的研究，發(fā)現(xiàn)相比光遺傳學(xué)而言，磁感應(yīng)受體蛋白有一個更加顯性的優(yōu)勢，后者可以被大腦外面的磁場操控。因此，該團(tuán)隊的重大發(fā)現(xiàn)或?qū)⑹箍茖W(xué)家可以通過磁場來控制細(xì)胞。
Nature專訪謝燦——關(guān)于“搶發(fā)論文”的那些事兒
今年4月，清華大學(xué)教授張生家（現(xiàn)已解聘）從謝燦實驗室獲得磁受體基因，將其表達(dá)在線蟲的肌肉、神經(jīng)細(xì)胞中，并成功運(yùn)用磁場控制肌肉收縮、神經(jīng)激活。張生家在謝燦不知情的情況下，搶先投遞文章至影響因子遠(yuǎn)低于Nature（IF 41.456）且具有快速審稿優(yōu)勢的Science Bulletin（《科學(xué)通報》，IF1.579），并在第一時間獲得了后者的在線發(fā)表。為此，這一事件引起國內(nèi)外的學(xué)術(shù)爭議，清華、北大聯(lián)名給科學(xué)通報編輯部發(fā)函，指明張生家違背學(xué)術(shù)規(guī)范，要求期刊撤稿。
謝燦教授表示，早在今年4月份，他就已經(jīng)向中國專利申請機(jī)構(gòu)申請了關(guān)于磁遺傳學(xué)和MagR蛋白具有操控大分子能力的相關(guān)專利。他們發(fā)現(xiàn)MagR/Cry蛋白復(fù)合體存在于包括鴿子、蝴蝶、鯨魚等多種動物中。他希望MagR在人類等其他動物身上也有相同的功能。
為什么有些人的方向感很差？他猜測，這可能與人體的磁感應(yīng)蛋白MagR的基因變異有關(guān)。
國際學(xué)術(shù)界——如何看待謝燦教授的研究結(jié)果？
根據(jù)Nature新聞的報道，英國牛津大學(xué)的生物化學(xué)家Peter Hore認(rèn)為，顯而易見生物指南針結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是具有里程碑意義的，遺憾的是文章中沒有對磁受體蛋白感應(yīng)磁場的反應(yīng)極其機(jī)制進(jìn)行解析，希望看到團(tuán)隊進(jìn)一步的數(shù)據(jù)公開。
維也納分子病理學(xué)研究所的神經(jīng)學(xué)家David Keays則顯得比較謹(jǐn)慎，該文章或許是一個意義非凡的發(fā)現(xiàn)，若不成立就是完全錯誤的，由于蛋白中鐵離子含量稀缺，不得不讓人對其在細(xì)胞中的磁性強(qiáng)度的可測性產(chǎn)生懷疑。
對于國際科學(xué)家的質(zhì)疑，謝燦教授表示，文章只是對過去6年試驗成果的整理和公布，希望有更多的實驗室加入進(jìn)來，對調(diào)控MagR蛋白的基因進(jìn)行深度和廣度的研究。
生物探索專訪謝燦教授——探尋其研究“生物指南針”的靈感源泉
為此，生物探索也專訪了謝燦教授，詢問他為什么選擇了磁感應(yīng)方向作為研究課題？他表示：“天時、地利、人和”以及很多偶然性的因素讓他走進(jìn)了這個領(lǐng)域。
首先，作為一名科研者，科研興趣是維持單調(diào)的研究生活最大的動力。謝教授表示，他本人的方向感很差，初入北京大學(xué)的3年經(jīng)常在校園里迷失方向，“好奇心”讓他想找到這一原因，經(jīng)過多方努力卻苦于找不到答案，直至2008年看到了那篇文章 ，文章首次沉默了光敏隱花色素蛋白復(fù)合體（Cry）蛋白，證實其與動物的感應(yīng)能力以及遷移相關(guān)。于是很受啟發(fā)，便展開實驗的設(shè)計和求證。在他看來，2008年，關(guān)于Cry蛋白paper的發(fā)表與自己好奇心的吻合，構(gòu)成了“天時”。
其次，多學(xué)科跨領(lǐng)域的專業(yè)知識是一個科研者最寶貴的“武器”，謝燦教授大學(xué)的專業(yè)偏生態(tài)動物方向，研究生階段主修植物生物學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)，在哈佛大學(xué)讀PhD時專供分子免疫學(xué)。正值當(dāng)年北大向海外留學(xué)生們發(fā)出了邀請函，謝燦教授很謙虛地表示，由于在國外沒有資源和能力獨(dú)立開展磁感應(yīng)課題，所以決定回國（談什么愛國主義有點(diǎn)兒大了）。于是乎，在黨和國家以及北大的幫助下，他很快在北大建立了自己的實驗室并開展了磁感應(yīng)課題課題。在他看來，北大遞出的橄欖枝，就是促使其取得成果的“地利”。
最后，在國外“實驗是有錢人的游戲”，沒有足夠的資本就無法建立實驗室、購買儀器和設(shè)備，科研工作或?qū)㈦S時中斷。專業(yè)涉獵廣泛的謝教授表示，一方面在他入職不久，北京大學(xué)就撥給了他數(shù)額不菲的經(jīng)費(fèi)，為其一心專研工作提供了糧食儲備；另一方面在2012年找到MagR基因后，瑞典的一家生物公司為其實驗室提供的大分子篩選柱子，促使其很順利地進(jìn)行了蛋白提取純化。在他看來，“人和”是其在這個領(lǐng)域初露頭角的第三點(diǎn)要素。
