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暑期研究:从事“真实的科研项目“(世界著名大学探秘---多伦多大学4) 精选

已有 3610 次阅读 2024-3-31 16:44 |个人分类:本科教育|系统分类:海外观察

暑期研究:从事真实的科研项目

(世界著名大学探秘---多伦多大学4) 

                 叶明

世界名校的国际竞争力不仅依赖强势的科研能力与学术成果,而且主要取决于本科的教学质量,后者才是它的根本。世界名校凭借独特的学位、专业与课程设计,经过老师们的精心教导与引导下,把一批批懵懂少年,培养成满足社会需求与科学发展的创新性栋梁之才,其中主要致力于从事“真实的科研项目”的暑期研究,就是极其重要的一环。对于本科生而言,参加暑期研究是可以度过一个不一样的假期。

暑期研究(Summer Research)是世界著名研究性型大学在暑期提供的、面向本校开放、进行学术研究的项目,其主要面向那些对自己的学业以及提升研究技能有兴趣的,并且希望能够在未来研究生申请中提高竞争力的大学生们提供了各种研究机会。暑期研究一般持续3-4个月。

暑期研究的目的与流程

暑期研究适合走研究学术路线的本科生,可以验证科学研究否适合自己,深入了解专业方向,帮助自己更好地确定研究的方向;可以详细了解学科导师在科学研究领域的方向和水平,以及历年来组内学生的就业情况;可以丰富知识、开拓视野、培养能力和积累经验。暑期研究,既是一种教育理念,也是一种学习方式。

世界著名实验室的基本任务除了完成科研项目之外,还有发掘、鼓励、帮助、支持学生从事科学研究。对于本科生而言,从事科学研究需要有多种动力——好奇、敬业、求胜。提倡有兴趣才作科学研究,你愿意做实验才做,不愿意就不要做。暑期时间是学生自己的,如何利用暑期时间是学生对自己的生命负责。投机取巧与“偷懒”的学生,是自己承担结果。自觉的人,自己会对自己负责。

我曾在《“一主两翼”的校区体制(世界名校探秘——多伦多大学1)》(金陵作家2024-02-29 )论述过:在多伦多大学的“以学术为导向的主校区”,暑期里提供在学科教授指导下从事“真实的科研项目”,直接进入世界科学研究的前沿,为学生继续深造打下坚实的学术基础。这就是多伦多大学主校区最迷人、最有魅力的地方。

暑期研究图1 多大门口.JPG

本文作者在多伦多大学大门口

暑期研究是多伦多大学提供给大学生从事真实的科学研究机会(四个月,全时),是培养学生科学兴趣与积累科研经验的一项重要的教学活动。这是自愿参加的,并不做强制要求,也不算学分,但由相关院系支付一定的研究补贴。

通常情况下,由需要招收暑期研究的教授在网上公布要求与名额;有意愿的学生申請前先在学校网站了解指导老師的专長領域及研究主題,在网上提交申请(可以指定实验室,也可以不指定实验室),并上传自己的自传、简历 (含对科学科学的兴趣及学习科学的经验等)、成绩单及其它补充资料資料 (获奖证明等);院系汇总后交给相关教授;教授拿到选择自己实验室学生的名单,从中挑选合适的学生进行面试;满意后确定人选,报给院系审核批准。

也有极少数是学生直接向教授申请,经教授面试后直接录用,再报院系备案。

一旦正式录取后,将不能申请更换实验室。被录取的学生参与为期16周的暑期研究,由学生所在的文理学院按月核发生活津貼,每月1800加元,总計4个月,相当于多伦多大学本地学生的一年学费,国际学生一年学费的三分之一。

多伦多大学分子遗传专业的本科生戴维(David),在多伦多大学期间做过二个暑期研究,经历丰富,阅历颇多,可以帮助我们了解多伦多大学暑期研究的实际运作。

直接申请:植物基因组学项目

戴维的第一个暑期研究,采用的是直接向教授申请的模式。在大二刚开学的秋学期提出申请,原本以为希望不大,因为暑期研究主要提供给高年级学生。只收到一位教授的回信,是研究植物基因组学的达雷尔(Darrell Desveaux)。他是多伦多大学细胞与系统生物学系(University   of  Toronto   Department of Cell and Systems Biology)的助理教授(Assistant Professor),比较年轻,职位较低,而且刚从美国回加拿大任教,因此,不是通常说的“热门人选”。

     达雷尔在蒙特利尔大学(Université de Montréal)获得生物化学博士学位,之后去了美国北卡罗来纳大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)做博士后。达雷尔的研究领域主要包括系统生物学和生物信息学、微生物学、植物生物学、蛋白质组学,讲授研究生课程《细胞与系统生物学》、《基因组生物学及生物信息学》等课程。

达雷尔的在《自然-结构生物学》、《发育细胞》、《植物细胞》等刊物上有多篇学术论文,比较重要的成果是达雷尔作为合作作者在Science 上发表论文一篇,该文确认新的脱落酸(ABA)受体。 生命是一个艰苦绝伦的过程,尤其是对于植物而言,它们必须忍耐环境带来的压力,如干旱、冰冻和炎热,但它们装备了一整套的基因,能够帮助其面对各种有害环境条件。植物使用专门的信号,人们称之为应激激素,去面对艰难的时期和适应压力环境,以增强自身的生存。其中一种专门的激素——脱落酸(ABA)就是由植物在长期的压力环境中,尤其是干旱环境中产生的。ABA如何帮助植物忍耐干旱的分子机制尚未得到充分的理解,而对ABA受体的探索一直备受争议,包括多篇科学论文的撤回,以及许多重要性受到质疑的论文的发表等。一个由美国、加拿大和西班牙科学家组成的国际科研团队(达雷尔是其中一员)在Science上确认了新的ABA受体。应用一种人工合成的、科学家通过化学基因组学确认的、能够模仿ABA的生长抑制剂pyrabactin。研究者们查明PYR/PYLs是ABA的受体,其作用位于负性调节通路的顶点。PYR/PYLs通过抑制PP2Cs蛋白的活性来调控ABA信号通路,而PP2Cs蛋白在ABA信号的传递过程中扮演关键角色。

         达雷尔虽然年轻,前途难以限量。他是加拿大首席研究员计划(Canada. Research. Chairs Program ,简称CRCP)中第二层次的资助人员。CRCP是加拿大政府设立的研究资金,具体任务是支持加拿大的大学设立2000个首席研究员职位。该计划旨在通过加强大学的研究和培训能力,加强大学的国际竞争力,改善加拿大人的生活质量,目的是支持加拿大的大学设立首席研究员职位,并且每年为获得该职位的科研人员提供10万或20万加元经费,以帮助大学吸引和留住全世界最富盛名和最具有潜力的研究人员。首席研究员分两类:一类是同行公认的世界杰出研究人员、专业领袖,至少是大学教授或副教授。该类人员可以维持职位7年,且可再次申请。对这类职位,学校在7年内每年可从CRCP获得20万加元拨款。另一类是表现突出,被同行公认有可能成为专业领袖的研究人员,一般为助教或相当于助教的研究人员。该类人员可维持职位5年,只可再次申请一次。对这类职位,学校在5年内每年从首席研究员计划获得10万加元拨款。第二类研究员职位被提名人的条件是:已经显示具有特殊创新活力;显示有能力在未来5至10年成为国际上学科带头人;被推荐从事高水平的创新研究项目;作为一名首席研究员职位持有者,有潜力吸引优秀被培训人员、学生和未来研究人员。

         作为分子遗传专业的大二学生,戴维在达雷尔指导下做的暑期研究,研究课题是加拿大创新基金与加拿大自然科学与工程基金委员会联合资助的项目《细菌毒性和植物抗病性机制》(Mechanisms of bacterial virulence and plant disease resistance)。爆发口蹄病后焚烧动物尸体和被隔离的农场;爱尔兰马铃薯饥荒,当病原体造成歉收,迫使两百万人逃离自己的国家。为了防止类似的灾难,科学家必须克服的一个大问题:从哪里得到了致命的病原体控制植物的防御系统。这意味了解与理解在分子水平上病原体攻击时会发生什么情况的。达雷尔的工作目标是病原体如何影响植物的生物系统,包括它的基因,蛋白质和细胞。达雷尔的《细菌毒性和植物抗病性机制》研究, 将有助于防止饥荒和经济损失,并提供更多的安全的粮食。

达雷尔的实验室设在多伦多大学的化学楼。香港科技大学的参与者和创建者之一,香港科技大学副校长(学术),多伦多大学的前辈学长孔宪铎(1935年---),在其自传《背水一战》(生活.读书.新知三联书店,2005)中曾对自己做博士课题研究的多伦多大学化学楼,做过一番生动而细致的描述。

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          多伦多大学的化学楼

       戴维并不是细胞与系统生物学系的学生,但是能在每届400多名细胞与系统生物学系学生的“口中夺粮”,以二年级学生的身份取得达雷尔博士的信任,将该系鲜有的暑期研究的名额纳入囊中。可见,他对戴维的欣赏与重视。不过,作为“有潜力吸引优秀被培训人员、学生和未来研究人员”,戴维也没有使他失望,通过申请获得了加拿大国家自然科学与工程基金会的科研奖学金(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada,Undergraduate Student Research Awards),该年多伦多大学只有39人获得(其中包括研究生、博士后,本科生很少),更何况这个奖项规定是基本是不给国际本科生的。

原本在申请该奖之前, 戴维已经获得院系的科研奖学金。如果申请拿大国家自然科学与工程基金会科研奖学金,必须先放弃院系的科研奖学金。如果得到,则奖学金金额比院系给的数额要少;如果得不到,则四个月暑期研究就一分没有。戴维还是决定冒一点风险申请,最后还是拿到了加拿大国家自然科学与工程基金会资助的科研奖学金,但数额比学校暑期研究的补贴低很多。

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约翰斯·霍普金斯大学医学院遗传医学研究所的录取信(2010年)

特别有意义的是,该奖为戴维在大学毕业后申请博士项目,最后拿下美国医学院排名前三的三所大学博士项目的录取,奠定了坚实的基础。

四个月暑期研究,  戴维接受了基本的科学训练,了解了基因组的研究方法,这次暑期研究的成果,几年后发表了一篇第二作者的学术论文(A high-throughput forward genetic screen identifies genes required for virulence of Pseudomonas syringae pv. maculicola ES4326 on Arabidopsis.Schreiber KJ, Ye D, Fich E, Jian A, Lo T, Desveaux D. PLoS One. 2012;7(8):e41461. )第一作者是达雷尔的第一个博士研究生。

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第一个暑期研究的学术论文(2012年)

比较有趣的是,该文的第一作者与第二作者,即达雷尔的第一个博士研究生与第一个暑期研究的本科生,若干年后,他们两人共同在伯克利加州大学细胞与分子生物学系(Department of Molecular and Cell Biology,University of California at Berkeley)做博士后。

            正常申请:人类基因组学项目

戴维第二个暑期研究是通过正常申请途径完成的。网上申请后,收到四位教授的回信。约见面试,四个都通过,戴维最终确定了分子遗传系的一位教授作为实验室暑期研究的指导教师,研究课题是“ 结构蛋白质 ”(Structural Genomics Consortium)。  

      一般说来,选择一位暑期研究的指导教师主要看这么几个方面:个人的学术背景、实验室的实力、科研的成果以及学生的评价。

       第二个暑期研究的指导教师本杰明·布伦昆(Benjanmin Blencowe)是多伦多大学细胞及生物分子研究中心、班廷与贝斯特医学研究部、分子遗传系、加拿大健康研究所(Centre for Cellular and  Biomolecular  Research,Banting and Best Department of Medical Research and Department of Molecular Genetics, University of Toronto  ,Canadian Institute of Health Research)教授。同时隶属于多伦多大学细胞与生物分子研究中心、班廷与贝斯特研究部、分子遗传系等多家单位合作的蛋白质与生物信息学项目。布伦昆的履历十分优秀:名牌大学本科毕业,名牌实验室的博士生以及顶级大学的博士后,在世界著名的大学、科研机构的接受严格的科学训练。

       布伦昆是英国帝国理工学院(Imperial College London)1988年毕业的理学学士(微生物学)。英国教育界流行“三足鼎立”的说法,文科、理科、工科最好的院校分别是牛津、剑桥、帝国理工。帝国理工也是世界顶级名校,至今已经诞生了18个诺贝尔奖获得者。作为荣誉学士学位获得者, 布伦昆直接加入欧洲分子生物学实验室(European Molecular Biology Laboratory,德国海德堡)与伦敦大学(英国)联合培养的博士项目,而且仅用了三年时间拿下生物化学的博士学位。

        布伦昆博士毕业后,在美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的癌症研究中心(David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research)做的博士后,做了五年(1992-1996),后来还在那里工作了2年(1996-1998 )。中心主任菲利普·夏普(Phill Sharp,1944年—)曾任麻省理工学院生物系主任,主要研究领域是植物学、生物化学、核糖核酸调控。他是获得美国国内院士称号最多的科学家之一,因发现断裂基因而获得1993年诺贝尔生理学或医学奖。夏普获奖前后,布伦昆正好在癌症研究中心做博士后。 2007年《新闻周刊》亚洲版在封面文章中报道了当今世界最热门、最受人尊敬的十位生物学家,并指出,或许21世纪的爱因斯坦就将从这十大基因奇才当中产生,其中夏普排在第六位。博士后结束后, 布伦昆在麻省理工学院癌症研究中心研究工作两年后,获得多伦多大学助理教授职位,四年后晋升副教授,再四年晋升教授,

       布伦昆教授的论文,有Nature与 Cell多篇。他的科研成果主要在选择性拼接方面。选择性拼接(alternative splicing)是一种常见的真核生物前体mRNA (pre-mRNA)转录后加工的方法,这是真核生物细胞在基因表达上的一项重要步骤:将pre-mRNA产物中的introns剪除,再将exons编接起来以产生可以转译出蛋白的mRNA。

       布伦昆的实验室在多伦多伦多大学的泰伦斯·唐纳利细胞及生物分子研究中心(The Terrence Donnelly Centre for Cellular and  Biomolecular Research ,简称CCBR)大楼的1016房间。唐纳利细胞及生物分子研究中心是多伦多大学医学部、药学部、应用科学部与工程部联合组成的唯一研究机构,是探求基因与疾病关系领域的佼佼者。

CCBR是在开放、流动的环境中,通过跨学科、有刺激的、非传统的互动方式,鼓励用新的方法研究生物问题。400多位不同领域的研究专家,包括计算机科学家、物理学家、药学家及工程师在这个尖端的实验室进行跨学科互动,从而能在生物分子研究跨学科方面建立优势。在当代科学研究中,由于是一个新兴学科领域的研究中心,CCBR将不断持续发展。

CCBR 由三个研究平台组成: 1) 生物工程与功能成像;2) 系统生物学;3) 疾病模拟。CCBR成功的关键选择适当的研究成员、以独特规则鼓励他们的合作。当然也需要提供建立指导性政策与相关研究席位的支持。 CCBR 向每个成员提供在CCBR 大楼或校园大楼的实验室用房。

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        CCBR的名人堂(医学科学家的青铜头像)

     我曾拜访过 位于多伦多大学校园内的CCBR。在CCBR的大堂内,设有一个名人堂,摆放了10位加拿大历史上最杰出的医学科学家的青铜头像,每个铜像上有100字的介绍字碑;该中心大楼共10层,分别以其中的一名科学家的名字命名,用以表彰他们在医学领域中的卓越成就和在科学研究上永无止境、不懈探索发现的精神。10位科学家的青铜头像,是应曾经担任多伦多大学医学院院长、现任多伦多大学校长倪德威(David Naylor)建议设立 :“我们需要向过去(的成就)致敬,来激励日后的研究人员。”这10位科学家是加拿大科学史上的巨人,他们都与多伦多大学有深厚的渊源,其中包括诺贝尔奖得主班廷(Frederick Banting)与香港大学校长徐立之。

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       多伦多大学的CCBR(外景)

CCBR由加拿大本土著名的联合建筑设计事务所和德国斯图加特的班尼士建筑师事务所联合设计完成。这座外立面光洁、通体透明的12层高建筑位于城市中心区多伦多大学的圣乔治校区东南角,这一地块恰好是历史建筑密集的地区。狭长的基地被东西两侧4层楼高的历史建筑包围,高高地耸立在多伦多大学众多古老的建筑之间。它不仅要满足研究中心的使用需求,同时还要兼顾周围的老式建筑风格,使之不至太过突兀。该设计的一个精彩之处是可以进行自然通风的冬季花园。为了充分利用实验室面积,CCBR每层楼的厕所只设一间,男女共用。

      暑期研究图8 多伦多大学的CCBR(内景).JPG

多伦多大学的CCBR(内景)

 

该建筑项目获得了英国建筑师协会国际奖以及安大略建筑师协会的杰出奖。该设计的一个精彩之处是可以进行自然通风的冬季花园。该建筑项目获得了2006年英国建筑师协会国际奖以及安大略建筑师协会的杰出奖。

有意义的是,第一个暑期研究的导师是研究植物基因组学的,第二个暑期研究的导师导师是研究人类基因组学的。这样,戴维的暑期研究,可以在基因组学方面构成比较完整的知识结构。暑期研究的两位导师分别是加拿大与英国著名大学的生物化学博士,美国著名实验室的博士后。

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       第二个暑期研究的学术论文

戴维通过大三的暑期研究,明确了自己未来的学科方向,从分子遗传学(本科专业)转向人类遗传学(博士专业),其研究成果(Functional alteration of PARL contributes to mitochondrial dysregulation in Parkinson's disease.Shi G, Lee JR, Grimes DA, Racacho L, Ye D, Yang H, Ross OA, Farrer M, McQuibban GA, Bulman DE.Hum Mol Genet. 2011 May 15;20(10):1966-74.)发表在牛津大学编辑出版的《人类分字遗传学》杂志上,在戴维正式发表的论文中,唯一的一本英国学术刊物

暑期研究的意义

实验室是科研人员工作的重要场所,也是科学家获得竞争优势的主要基地。当代社会的科学成果主要出自重要的实验室。一个成功的实验室是众多杰出研究发现的摇篮,也是年青科学家成长的摇篮。实验室也是一种人生,对于有动力和独立性的年青学生以及愿意做科学家的人,学术性的实验室也许比较合适;对于有意创新与创业的年青学生以及愿意做企业家的人,技术性工作的实验室也许比较合适。去错了实验室的人,不仅不合适,而且可能会耽误他们。学生和老师要相互探索,找到适合的匹配。

  暑期研究对大学生的成长和发展具有重要的意义,主要体现在以下几个方面:

-----学生能够接触到更广泛的知识领域,了解与学校课程不同的内容和应用场景。他们可以通过实践锻炼各种技能,增加动手能力和实际操作经验。如果表现优秀,可以获得导师的推荐信。

-----通过实际操作和项目实践,培养学生的合作能力、创新能力、解决问题的能力和领导能力。同时,它也有助于发现和提升学生的个人兴趣和优势,激发他们的潜能。

-----提供了与日常校园学习不同的学习环境和社交圈子,特别是接触到接触的教授以及他们背后顶尖的实验室,有机会接触到不同文化和不同背景的人们,这有助于拓宽学生的眼界、培养他们的国际视野和跨文化沟通能力。

国内名校需要向世界名校学习的地方数不胜数,其中最重要的、却是基本的不能再基本的:让学校真正成为做学问的地方。大学就应该是一方净土,以做学问为第一要务的地方。

多伦多大学的暑期研究项目就是真正做学问的地方!

 

   

        



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