最近,因袁隆平先生的离世,55年前的杂交水稻研究被人们提及;而几年前诺贝尔奖的颁布,也让屠呦呦先生的青蒿素再一次被世人熟知。殊不知,在新中国成立之后的那个年代,还有一项生物学成就举世瞩目,以至于年诺贝尔奖得主的英国生化学家约翰·肯德鲁,在访问中国时曾表示,这是(当时)英国最知名的中国科学成就。而这一切,都要从年9月17日,那个普普通通的星期五说起。那一天,年轻的科学家们早早来到了上海市岳阳路号——中国科学院上海生物化学研究所的实验室里,杜雨苍、龚岳亭等人紧张地围着一个操作台,观察着桌上的小白鼠。这只小白鼠刚刚完成注射,注射进它体内的,是来自上海生化所和北京大学的三个研究团队、二十多位科学家,耗时七年合成的牛胰岛素结晶。过去欧美科学家合成的胰岛素结晶,进入小鼠体内后都毫无反应,起不到原有的效果。此时,完成胰岛素A链和B链重组的科学家邹承鲁坐在隔壁房间,焦急地等待着实验的结果。成败在此一举。七年努力举世瞩目七年前,也就是年,新中国成立的第九个年头,为了响应国家发展科学事业的号召,献礼国庆十周年,上海生化所决定做一个有分量的项目——人工合成蛋白质。为什么要合成蛋白质呢?革命导师恩格斯说过:蛋白质是生命存在的形式。蛋白质的确重要,但是合成蛋白质难度非常大,当时世界上还没有成功的先例。如果中国人能合成,那必然举世瞩目。大的方向确定了,有那么多蛋白质,究竟要合成哪一种呢?其实,在中国科学家的心里早就有了答案——胰岛素。为什么胰岛素会成为天选之子呢?胰岛素的一级结构
图源:SunY,.首先胰岛素很小,只有51个氨基酸,合成难度相对比较低;同时它也是当时唯一一个已知氨基酸序列的蛋白质。而且在当时,要得到胰岛素只能从动物采集,但采集的效率不高、且含量极低。所以,胰岛素就显得十分珍贵,如果能人工合成会有很高的实用价值。可说起来容易,做起来是真的困难——中国科学家们没有合成蛋白质的任何经验,各种生化试剂材料极度匮乏,而且胰岛素的两条链(上图所示的A链和B链)还可能会随机拼接,影响最终的结果。也正因为这些麻烦,当时的国外科学家都觉得难以实现。但是中国科学家没有轻易放弃——对于胰岛素含有的17中氨基酸,八个研究单位新建工厂自己生产。而对于合成胰岛素的最大难关——A链B链的重组——也在邹承鲁团队的攻关下被顺利解决。年轻时的邹承鲁
图源:Wikipedia另一方面,胰岛素两条多肽链的合成,也在纽经义团队和北大-有机所团队的努力下依次实现,至此,胰岛素合成的几个关键问题也都被陆续解决。再把时间拨回年9月17日,邹承鲁团队的杜雨苍,和纽经义团队的龚岳亭,将合成的牛胰岛素结晶注射到小鼠体内,并开始紧张等待实验的结果。牛胰岛素结晶小鼠开始抽筋跳动,发生了显著的惊厥反应——这也昭示着,经过七年的漫长努力,中国成功合成了人类首个在体外具有完整结构的功能性蛋白质。“整个实验室在场的人们都开始欢呼起来,情不自禁地拥抱庆祝,那实在是一个无法用语言来形容的激动时刻。”当时的龚岳亭回忆到。小鼠实验成功的场面,右2杜雨苍,右3龚岳亭诺贝尔奖评审委员会化学组主席阿尔内·蒂塞利乌斯来中国访问时,适逢中国爆炸第三颗原子弹,他说:“制造原子弹是可以从书本上学到的,但合成结晶牛胰岛素却不能。”合成生物学的突飞猛进胰岛素人工合成的巨大成功,也昭示着纽经义、邹承鲁、杜雨苍等年轻的中国科学家,已经打开了现代生物学一扇全新的大门:合成生物学。所谓合成生物学,关键就在于“合成”二字,传统的生物学都以“观察”为主,我们去观察动植物,观察生物体内组织细胞的活动,观察生物化学反应,而合成生物学则是要“翻身做主人”——我们要合成生物分子,合成生物器官,甚至合成生命。人工胰岛素就是合成蛋白质的重要一步。,但很遗憾,后面的历史发展使得我们生物科学水平暂时落后于其他国家,错过了生物学突飞猛进的那段时期。合成生物学的构想
图源:nature
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