日前，日本東京大學的博士後研究員龔浩發表了一篇擔任第一作者和共同通訊的 Nature 論文 [1]。
研究中，他和所在團隊提出一種將結構近乎相同的高分子迅速分離成同心圓的新方法。龔浩表示，這一發現出乎所有業內人士的意外，並帶來了全新的分離理論。
圖 | 龔浩（來源：龔浩）
談及本次成果的應用前景，龔浩表示基於毛細管電泳的桑格測序技術等現有基因診斷手段，往往需要半日甚至數日才能完成，因此他和導師相田卓三（Takuzo Aida）名譽教授希望本次成果能夠用於生命科學中的基因精準分離技術。
此外，由於被提出的分離理論是一個全新理論，所以龔浩本人更加希望這一開創性發現能改變學術界對液-液相分離以及固液介面的固有認識，進而產生探究此領域的積極影響。
圖 | 相關論文（來源：Nature）
龔浩的讀書歷程曾經歷過一次“意外”，由於他錯過了博士課程的報名，這讓他重新站在人生的十字路口上。
當時，他在日本東京大學工學系完成碩士課程後，需要進行申請才能繼續修讀博士課程。然而，此前已經決定讀博的龔浩，卻因為研究過於投入而忘記了申請，導致他只能在 2020 年初重新入學進行讀博。在這個機緣巧合之下，他重新站在人生的十字路口上。
那時，擺在龔浩面前有兩條路：一條路是繼續修讀博士課程；另一條路是去找工作。當時，他覺得進入公司後按部就班的工作並沒有那麼吸引人，並且他也更希望能夠繼續自由地探索未知領域，在面對不確定性時找尋其中原理。因此，在與其導師相田教授長談之後，龔浩依然決定繼續修讀博士課程。
那時，龔浩碩士期間的工作已經基本完結，他完全可以選擇繼續深入研究原先的課題。但是，他更想探索一些新方向。
同心圓狀分離的現象，由龔浩在博一下學期發現。在博一的前大半年的時間裡，新課題並沒有任何突破。在與相田教授討論之後，他們決定改變並使用一種傳統但冷門的方法“鹽析”，即透過新增鹽將溶質從水溶液中分離出來的現象，來達成新課題的目標。
說來也神奇，由於他一時“偷懶”，就將經未純化的僅部分末端熒游標記的高分子混合物進行實驗。當它們與鹽水直接混合，簡單滴加在玻璃板表面之後，他直接使用共聚焦鐳射掃描顯微鏡來觀察玻璃板上的樣品。意外的是，與通常預想的會發出綠色熒光的實心圓不同的是，他觀察到了無數發出綠色熒光的空心圓。
圖 | 第一次使用共聚焦鐳射掃描顯微鏡時，觀察到的影象呈現出無數熒光空心圓的圖案（左），以及對一個熒光空心圓圖案的示意圖解析（右）（來源：龔浩）
當時能確定的是：發出綠色熒光的空心圓的外周部分，是由有末端熒游標記的高分子組成；而在空心圓的中心未發射出熒光的部分到底是什麼？這依舊是一個未知數。
不久之後，龔浩透過實驗確認這些空心圓的中心部分是由沒有末端熒游標記的高分子組成的，因為純化後的樣品產生的是實心圓圖案。於是，對於這些空心圓圖案的後續研究，主要集中在它們到底是三維空心球還是二維空心環。
當他發現所有的圖案都出現在玻璃板與鹽水的固液介面處的時候，他意識到這些空心圓其實是二維的空心環。
簡單來說，他發現了一種僅用水、鹽和玻璃板，就能將結構近乎相同的高分子混合物迅速分離成同心圓的方法。
由於這項研究基於一個意外發現，而非基於事先設計好的課題。同時，在與相田教授每次長達多個小時的不間斷討論中，龔浩和其共同完善了課題設計。因此，在龔浩發現同心圓狀分離的一個月後，相田教授決定讓龔浩也擔任本次論文的共同通訊作者。
後來在兩年左右的時間裡，透過一系列實驗以及與共同作者之一日本東京大學柳澤実穂副教授（Miho Yanagisawa）的討論，龔浩終於驗明分離現象背後的機理。
簡單來說，透過兩個連續的液-液相分離事件，來引發同心圓狀分離。更具體地來說，在二重液-液相分離中：第一次液-液相分離在液相（鹽析）中發生，而第二次液-液相分離在固液介面處（表面潤溼時）發生。
圖 | 透過兩個連續的液-液相分離將結構近乎相同的水溶性高分子混合物分離成同心圓的概念和流程示意圖（來源：龔浩）
本次論文的初次投稿時間是 2022 年 11 月 20 日，經過三位審稿人審閱後，第一版論文於 2023 年 1 月 10 日被 Nature 拒稿。當時，Nature 雜誌主編寫道：“雖然審稿人都認為本次觀察結果十分有趣，但是機理部分是欠缺的，分離應用部分是有侷限的。考慮到這是一個處於發展階段的研究，因此我們決定不再對該稿件進一步審閱。”
雖然初次投稿的結局是負面的，但也並非一無所獲，因為三位審稿人以及 Nature 主編一共給出近 40 條修改意見，對於完善和提高本次工作有著極大幫助。
然而，要根據全部 40 條意見來完善研究可謂非常困難，其中有些實驗甚至非常單調和枯燥。因此，他希望在繁忙的科研中平衡一下工作和生活。
龔浩一直是個攝影愛好者，並在 2023 年初迷上天文攝影。於是在 2023 年到 2024 年的每一個沒有云的夜晚，他都會用天文機器人望遠鏡觀察同一顆超新星。隨後，他花費一週時間總結其光變曲線並撰寫了一篇論文，並將其投稿到歐洲天文學期刊 Open European Journal on Variable Stars。
經過一個半月的同行評審之後，這篇天文學論文竟然被接收和發表。這也成為他獨立擔任第一作者和通訊作者的第一篇科學論文，並且釋出時間居然比本次 Nature 論文還早。
而直到 2024 年 5 月，龔浩才基本完成本次 Nature 論文所需要補充的實驗。在此之後，寫作和投稿也非常順利。與之前不同的是，他將此次同心圓狀分離的側重點從分離有末端熒游標記和沒有末端熒游標記的工業高分子混合物，變成了分離僅有一個鹼基序列不同的分子的混合物，並在論文中新增了選擇性提取序列近乎相同的 DNA 這一部分內容。
圖 | 構成脫氧核糖核酸的四種核苷酸的化學結構（上）。迅速分離並純化結構近乎相同的 DNA 混合物的同心圓狀分離法（下）（來源：龔浩）
由於此序列來自於與人類癌症及腫瘤有關的 BRAF 基因，因此同心圓狀分離的發現變得意義非凡。非常值得一提的是，由於在核酸定量分析上的大力支援，因此他們增加了兩位作者——博士後研究員坂口女士（Yuriko Sakaguchi）以及鈴木教授（Tsutomu Suzuki）。
後來，本次論文於 2024 年 8 月 9 日重新投回 Nature，同年 10 月 1 日他們被告知僅需一些詞語修改就可以接收。
而在初次投稿以及重新投稿的稿件中，龔浩等人用來描述本次分離現象的短語是“Concentric Separation”，直譯成中文就是“同心分離”，同時這一詞語也是同心圓狀分離的簡稱。
然而，在重新投稿後的第二次審稿期間，有一位審稿人對於使用“Separation（分離）”這一詞語非常不滿，因此 Nature 主編主動提議將論文中所有的“Separation（分離）”換成“Partitioning（分隔/分割/劃分）”。
由於日本也是一個使用漢字的國家，因此相田教授和龔浩都同意在日文版和中文版的翻譯中使用更易於理解的“同心圓狀分離”一詞來描述此分離現象。
最終，相關論文以《近乎相同的高分子自發地分離成同心圓》（Near-identical macromolecules spontaneously partition into concentric circles） 為題發在 Nature ，龔浩是第一作者兼共同通訊，相田卓三名譽教授擔任共同通訊作者。
參考資料：
1.Gong, H., Sakaguchi, Y., Suzuki, T. et al. Near-identical macromolecules spontaneously partition into concentric circles. Nature 636, 92–99 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08203-4
排版：希幔
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