Ο Zhang Kai, ένας επιστήμονας με όραμα, που κατασκευάζει μια πρωτοποριακή βάση δεδομένων σε εξαιρετικά μεγάλη κλίμακα για κυτταρικές δομές με απαράμιλλη ακρίβεια, επέστρεψε στην Κίνα για να υλοποιήσει τη φιλοδοξία του. Όπως δήλωσε σε συνέντευξή του στην China Science Daily, ο επίσημος ραδιοτηλεοπτικός φορέας της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, “Στις Ηνωμένες Πολιτείες, είναι σχεδόν αδύνατο για έναν Κινέζο ακαδημαϊκό να ηγηθεί αυτού του έργου”.
Στις 12 Ιανουαρίου, ο Zhang παραιτήθηκε από τη θέση του στο Yale University και εντάχθηκε επίσημα στη Σχολή Βιοεπιστημών και Ιατρικής του Πανεπιστημίου Επιστημών και Τεχνολογίας της Κίνας (USTC) στην Hefei, επαρχία Anhui. Έναν μήνα αργότερα, δημοσιεύτηκε στο έγκριτο περιοδικό Nature μια εργασία του, η οποία σηματοδοτούσε μια σημαντική πρόοδο στον τομέα του: την τεχνολογία απεικόνισης και ανάλυσης ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης. Η έρευνά του θεωρείται ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της ζωής, την ανάπτυξη νέων διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνολογιών και τη βελτίωση της διαχείρισης της υγείας.
Η πορεία του Zhang προς την αναγνώριση ξεκίνησε πριν από περισσότερα από 20 χρόνια, από ταπεινές απαρχές. Προερχόμενος από μια φτωχή αγροτική περιοχή της βορειοδυτικής επαρχίας Shaanxi της Κίνας, ο Zhang εισήλθε το 2004 στο Harbin Institute of Technology (HIT) μετά τις εθνικές εξετάσεις εισαγωγής στην τριτοβάθμια εκπαίδευση. Το 2008, αποφοίτησε με πτυχίο και στη συνέχεια έγινε δεκτός στο Ινστιτούτο Βιοφυσικής της CAS, όπου ήρθε σε επαφή με την κρυο-ηλεκτρονική μικροσκοπία (cryo-EM). Η cryo-EM είναι μια τεχνική απεικόνισης που επιτρέπει στους ερευνητές να οπτικοποιούν τη δομή των βιολογικών μακρομορίων, ένα πάθος που καθόρισε την καριέρα του Zhang.
“Είναι πολύ διαφορετικό από τις περισσότερες παραδοσιακές κατευθύνσεις της βιολογίας, οι οποίες βασίζονται κυρίως σε πειράματα,” είχε εξηγήσει ο Zhang σε μια συνέντευξη του 2020. “Η έρευνα στον τομέα της cryo-EM συνδυάζει οργανικά τις τρεις κύριες ερευνητικές μεθόδους: πειράματα, θεωρία και υπολογιστική. Σε συνέντευξη, περιέγραψε μια επιστημονική φαντασία που ρίζωσε σε μικρή ηλικία: την επιθυμία να “δει” απευθείας την ατομική δομή των συμπλεγμάτων της αναπνευστικής αλυσίδας μέσα στα μιτοχόνδρια, που συχνά αποκαλούνται “ενεργειακά εργοστάσια” του κυττάρου.
Το 2013, μετά την απόκτηση διδακτορικού στη βιοφυσική από την CAS, ο Zhang εισήλθε στο Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology στο Cambridge της Αγγλίας για μεταδιδακτορική έρευνα. Το 2019, εντάχθηκε στο Yale University ως βοηθός καθηγητή. Και στα δύο αναγνωρισμένα ερευνητικά ιδρύματα, ο Zhang δημοσίευσε πολυάριθμες εργασίες χρησιμοποιώντας cryo-EM για τη μελέτη κυτταρικών δομών, συμπεριλαμβανομένων άρθρων που δημοσιεύτηκαν στα περιοδικά Science, Nature και Cell.
Το 2024, ο Zhang συνεργάστηκε με τον Zhu Jiapeng από το Πανεπιστήμιο Παραδοσιακής Κινεζικής Ιατρικής της Nanjing για να δημοσιεύσει μια εργασία στο Nature, την οποία οι κριτές χαρακτήρισαν ως “πρωτοποριακή”. Παραδοσιακά, η διεθνής έρευνα για τις πρωτεΐνες περιλάμβανε την καθαρισμό τους από τα μιτοχόνδρια και στη συνέχεια την παρατήρηση και ανάλυσή τους με cryo-EM. Ωστόσο, εντός ενός οργανισμού, οι πρωτεΐνες είναι συχνά ενεργές και σε συνεχή κίνηση, αντιδρώντας συνεχώς με άλλες πρωτεΐνες και παρουσιάζοντας διαφορετικές καταστάσεις. Η στατική παρατήρηση θεωρείται ανεπαρκής για να αποδώσει την πραγματική τους κατάσταση.
Στο άρθρο του 2024 στο Nature, ο Zhang και ο Zhu βρήκαν έναν τρόπο να παρατηρήσουν πρωτεΐνες μέσα στο σώμα κατά τη διάρκεια της άσκησης, αποτυπώνοντας αποτελεσματικά τη δραστηριότητά τους σε φυσική κατάσταση. “Φαίνεται ότι στο παρελθόν, ήταν σκηνοθετημένη φωτογραφία, ενώ τώρα είναι αυθόρμητη φωτογραφία,” εξήγησε ο Zhu στην εισαγωγή του άρθρου. “Οι ακούσιες αυθόρμητες λήψεις μας βοηθούν να αποκτήσουμε μια πιο αυθεντική, ακριβή και αξιόπιστη μορφή πρωτεϊνών. Αυτό έχει σημαντική σημασία για την επακόλουθη επιστημονική ανάλυση και τις σχετικές εφαρμογές.”
Η πιο πρόσφατη εργασία του Zhang στο Nature, που δημοσιεύτηκε τον Φεβρουάριο, ανατρέπει την “υπόθεση της κυτταροπλασματικής συναρμολόγησης” που επικρατούσε για περισσότερο από μια δεκαετία. Σύντομα, προηγούμενες μελέτες πίστευαν ότι οι πρωτεΐνες-συνδετήρες έπαιζαν κεντρικό ρόλο στη συναρμολόγηση των πρωτεϊνών. Ωστόσο, η έρευνα του Zhang διαπίστωσε ότι οι μικροσωληνίσκοι συνέβαλαν περίπου στο 97% της αποτελεσματικότητας συναρμολόγησης, και οι πρωτεΐνες-συνδετήρες πιθανώς “στριμώχνονταν” μόνο μετά τη δημιουργία.
Θεωρούμενος παγκόσμιος ηγέτης στην έρευνα cryo-EM, ο Zhang εξέπληξε πολλούς φεύγοντας από το Yale στα μέσα της καριέρας του. Επέλεξε να μην περιμένει την προαγωγή του στο Ivy League πανεπιστήμιο και επέστρεψε στην Κίνα νωρίτερα φέτος. “Το USTC είναι ένα απλό, αγνό, παθιασμένο και ιδεαλιστικό ερευνητικό περιβάλλον,” δήλωσε ο Zhang για το νέο του ερευνητικό περιβάλλον στην China Science Daily. “Οι ηγέτες του USTC είναι αληθινοί επιστήμονες που υποστηρίζουν πολύ τους νέους ακαδημαϊκούς.” Όσον αφορά την επίτευξη του τελικού του στόχου να παρατηρήσει τις δραστηριότητες της κυτταρικής ζωής σε ατομικό επίπεδο, είπε: “Δεν ξέρω πόσο καιρό θα πάρει αυτό, αλλά έχω αρκετή αυτοπεποίθηση για να το πετύχω.”
