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学术争端新进展:研究称MagR不能实现磁遗传

来源:澎湃新闻/吴跃伟 2017-03-17 15:20



一桩发生在中国最顶尖高等学府清华大学、北京大学之间的学术争端事件又现新进展。
 
继磁生物学论文“抢发”争端后,清华大学医学院教授鲁白、北京大学生命科学学院研究员谢灿今天(3月16日)在国际学术期刊《神经环路前沿》(Frontiers in Neural Circuits)上在线发表一篇新论文,其结论与清华大学之前拟引进的学者张生家“抢发”的论文结论完全相反。
 
此前鲁白曾向媒体表示,张生家的论文《磁遗传学:使用磁受体蛋白,用磁刺激手段远距离非侵入地激活神经元的活性》(Magnetogenetics: remote non-invasive magnetic activation of neuronal activity with a magnetoreceptor)主要实验结果难以重复。
 
为了保证实验结果的准确性,新发表论文检验了张生家论文中提到的细胞系,还检验了更多种类的细胞系,比如背根神经节细胞(DRGN);也尝试了更多的磁刺激方法、强度和方向;研究人员还在同一细胞中同时测试了光遗传学系统和所谓的“磁遗传学”系统,但实验结果都显示,光遗传学,成功!“磁遗传学”,失败!
 
“在我们对这一课题开始研究后,一篇论文声称MagR确实能实现磁遗传学。但我们的结论恰恰相反。虽然尝试了多种磁刺激方式,并系统检测了多种细胞内的钙离子信号,但我们发现,即使让HEK细胞、背根神经节细胞(DRGN)和海马体神经元细胞分别表达MagR,它们也不能对磁场刺激产生反应,即没有钙离子信号的变化。”鲁白、谢灿的新论文写道。
 
鲁白、谢灿的新论文结论与张生家相反
 
有些人天生方向感很强,科学家们认为,这可能人体内感应地球磁场的蛋白有关——磁感应蛋白或磁受体蛋白。
 
也正是因为磁受体蛋白,信鸽才能记得家的方向,能够远距离归巢;候鸟、帝王蝶才能远距离迁徙。
 
迄今为止,人类发现的最有可能是磁受体的蛋白是MagR。有人甚至声称对该基因的研究能摘得诺贝尔奖,但它在中国学术圈,尤其是中国最顶尖的两所高校清华大学和北京大学,引发了一场“血雨腥风”般的学术争端。
 
围绕MagR,清华和北大先后有两篇学术论文发表。今天,第三篇相关的学术论文获在线发表。该论文通讯作者是清华大学医学院教授鲁白,北京大学生命科学学院研究员谢灿是论文署名作者之一。
 
一年多前,2015年9月14日,张生家以通讯作者身份,以清华-北大生命科学联合中心为署名研究单位,在中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的半月刊《科学通报》英文版(Science Bulletin)发表了前述导致清华、北大两校学术争端事件的“磁遗传学”论文。
 
这是两校关于MagR的第一篇学术论文。在该论文中,张生家称MagR为MAR,并声称是他推测出MagR的功能的。
 
但谢灿指控张生家违反学术道德,在一个合作项目中,从谢灿实验室获得了核心实验材料MagR基因和实验仪器,但私自“抢发”了该论文,并且未给谢灿署名。
 
随后,鲁白对谢灿表示支持,并发文称,“用谢灿发现的基因做磁遗传学是鲁白实验室的智力产物”,当时鲁白实验室和谢灿实验室正就相关课题合作。张生家中途参与,却“抢发”了相关研究成果。
 
2015年11月17日,谢灿以通讯作者身份,在国际顶级学术期刊《自然?材料》(Nature Materials)在线发表了标题为《一个磁性蛋白生物指南针》(A magnetic protein biocompass)的研究论文。MagR基因的序列信息早已被国外学者发现,但其功能却迟迟未能被解开。谢灿的论文首次系统阐述了MagR基因在磁生物学上功能。这是清华、北大两校关于MagR基因的第二篇学术论文。
 
今天在线发表的是第三篇,该新论文的通讯作者即鲁白。谢灿也是该论文的署名作者之一。
 
 
该论文的标题为《MagR不能使细胞对磁刺激产生钙应答》(MagR Alone Is Insufficient to Confer Cellular Calcium Responses to Magnetic Stimulation)。换句话说,仅仅靠MagR基因,不能实现磁遗传学。
 
用光来影响、改变细胞的生理状态,乃至生物体的行为,这是光遗传学技术。如果能实现使用磁场来控制细胞或生物体,这将是一个巨大的飞跃,这就是磁遗传学技术。因为光控制需要安装光缆来保证光能穿透和抵达细胞,保证光的强度和精度。磁控技术至少不需要光缆。
 
该论文称,与光遗传学相比,磁遗传学的优越性显而易见。但一直缺乏一个能实现磁遗传学的工具。与隐花色素Cry相互作用的蛋白MagR似乎能担当这一重任。
 
“在我们对这一课题开始研究后,一篇论文声称MagR确实能实现磁遗传学。但我们的结论恰恰相反。虽然尝试了多种磁刺激方式,并系统检测细胞内的钙离子信号,但我们发现,即使让HEK细胞、背根神经节细胞(DRGN)和海马体神经元细胞分别表达MagR,它们也不能对磁场刺激产生反应,也没有钙离子信号的变化”,鲁白、谢灿的新论文写道,“相反,如果海马体神经元细胞同时表达MagR和ChR(光敏通道蛋白)时,这些细胞能对光刺激做出应答——钙离子信号变化了,但对磁场刺激依然无动于衷。”
 
研究人员总结道,由此可见,MagR不足以使细胞对磁场产生应答——钙离子信号变化。
 
但在张生家2015年9月“抢发”的论文中,张生家带领的研究人员声称,通过MagR(张的论文称其为“MAR”基因)基因实现了磁遗传学。实验结果很显著:转入MagR基因后,HEK-293细胞在遭到磁刺激时,能产生钙离子内流,即细胞内钙离子信号发生变化。
 
除了钙离子信号的变化,张生家该论文还声称,当海马体神经元细胞表达MagR时,其神经元活性可以被磁场控制——开或关;当秀丽隐杆线虫被注射并表达MagR时,该线虫的运动机能可以被磁场控制,论文同时公布了视频
 
鲁白论文指出张生家实验结果的三大可疑之处
 
新发表论文未验证MagR在线虫中是否能发挥作用,但指出了张生家论文中的一些可疑之处。
 
可疑之处一:新发表的论文称,张生家论文中为明确描述是如何对细胞施加磁刺激的。但其论文中的图片显示,他们用磁场刺激细胞长达7分钟。磁刺激装置产生热量,可能改变细胞的温度,导致他们观察到细胞内钙离子信号变化。也就是说,这是一个假阳性结果。
 
可疑之处二:新发表的论文称,张生家论文的图1E和图2C展示了一个奇怪的结果:在磁刺激终止后,HEK293细胞(含MagR)中钙信号还在持续上升。这表明,其细胞可能不是健康状态的细胞。
 
可疑之处三:新发表论文称,张生家论文中的海马体神经元的钙内流实验结果,是在磁刺激后,延迟长达7.8秒钟才发生的。这非比不寻常。因为迄今为止,世界上所有报道的所有的神经刺激(如电、化学、光、机械等)引起的细胞变化,都是在毫秒尺度内发生的。当然,神经元细胞也有随机的自发的放电活动。龙晓阳等人报道的钙离子变化,可能只是神经元细胞一种随机的放电活动。
 
此外,新论文还表示,“(张生家论文)鲁莽地(The audacious claim)宣称,用这种非侵入性的方法,可以取代光遗传学,成为新的神经调控手段。这导致世界各地许多研究人员纷纷尝试重复这一工作、实验结果,但到目前为止仍没有重复成功的报道。”
 
“抢发”论文至今未被撤回
 
2015年,张生家 “抢发”的论文刚刚在线发表,谢灿、鲁白以及清华大学和北京大学就要求撤稿。但一年多时间过去,该论文至今未被撤回。
 
鲁白声称,正处于过渡时期的张生家参与了自己实验室的磁生物学研究课题,该课题系鲁白实验室与北京大学研究员谢灿课题组合作研究。在没有获得鲁白和谢灿允许的情况下,张生家用上述课题的研究数据“抢发”了研究论文,但没有给予鲁白和谢灿署名。
 
张生家否认鲁白的上述全部指控。
 
针对三人的争端,清华大学和北京大学分别成立调查组,最终的调查结果未向社会公布。但清华大学停止引进张生家,张目前已离开清华。
 
鲁白曾向媒体表示,张的磁遗传学论文中主要实验结果难以重复。
 
中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长蒲慕明是张生家前述争议论文中致谢的众多研究者之一。
 
对于鲁白、谢灿、张生家三人的学术争端事件,2016年6月12日,蒲慕明在接受媒体专访时,回应澎湃新闻称,“事情原来就很明朗:一个实验是在鲁白实验室做的,张生家做了之后,他要发表,鲁白不同意。张生家拿了谢灿的东西做实验,不给谢灿credit。就这么简单。”(生物谷 Bioon.com)
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