历史上的今天 | 从合成牛胰岛素到合成生物学,照亮前行的,是那颗永不停息的科学梦想之心

原标题:历史上的今天 | 从合成牛胰岛素到合成生物学,照亮前行的,是那颗永不停息的科学梦想之心

我们都知道蛋白质是生命的物质基础,是组成人体一切细胞、组织的基本有机物。长久以来,人类摄取蛋白质的来源只是自然食物,1965年9月17日,中国首次人工合成了结晶牛胰岛素,打破了这一“自然规律”,这是当时人工合成的具有生物活力的最大的天然有机化合物,实验的成功使中国成为第一个合成蛋白质的国家。

牛胰岛素的合成:人类探知生命征程中的关键一步

蛋白质研究一直被喻为破解生命之谜的关节点。上世纪50年代,蛋白质是世界生物化学领域研究的热点。1955年,英国生物化学家桑格(F.Sanger)破译了牛胰岛素的全部结构。

以此为基础,从1958年开始,中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物系三个单位联合,以钮经义为首,由龚岳亭、邹承鲁、杜雨花、季爱雪、邢其毅、汪猷、徐杰诚等人共同组成一个协作组,开始探索用化学方法合成胰岛素。合成工作分三步:第一步(1959年),先把天然胰岛素拆成两条链,再把它们重新合成为胰岛素。第二步(1964年),在合成了胰岛素的两条链后,用人工合成的B链同天然的A链相连接。第三步,把经过考验的半合成的A链与B链相结合,在1965年9月17日完成了结晶牛胰岛素的全合成。最后,通过小鼠惊厥实验证明了纯化的人工合成胰岛素确实具有和天然胰岛素相同的活性,而中国终于也成功地得到了人工合成的胰岛素结晶。

随后,1965年11月,这一重要科学研究成果首先以简报形式发表在《科学通报》杂志上,1966年3月30日,全文发表,在国际上引起极大轰动。

人工牛胰岛素的合成,被认为是继"两弹一星"之后我国的又一重大科研成果,标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中迈出了关键性的一步,促进了生命科学的发展,开辟了人工合成蛋白质的时代,在我国基础研究、尤其是生物化学的发展史上有巨大的意义与影响。

为什么是胰岛素“早担大任”?

“合成蛋白质”的这项课题是在1958年5月由中国科学院上海生物化学研究所提出的。原本完成的设定时间为20年内,但在一帮热血沸腾的青年人的努力下,这一时间缩减为5年。

资料表明,这个设想是有一定科学基础的:其一,1953年时,维格纳奥德完成了世界上首例有生物活性的多肽——催产素的合成,给人们提供了一套可行的多肽合成方法。运用这套办法,1958年时,人们成功合成了具有促黑激素活力的一段十三肽;其二,1955年,桑格破译出由17种51个氨基酸组成的两条多肽链牛胰岛素的全部结构,这是人类第一次清楚一种重要蛋白质分子的全部结构,使它成为一种可能的合成对象。

牛胰岛素全部结构的破译,使我国科学家看到了人工合成牛胰岛素的可能。这也是我国科学家在世界上首次人工合成蛋白质壮举上为何选择合成牛胰岛素的原因。

再创突破!中国开启合成生物学新时代

如果说,1965年的世界上首次人工合成结晶牛胰岛素,开辟了人工合成蛋白质的时代,那么,2018年,中国科学家首次人工创造出有生命活性的单染色体真核细胞,则开启了合成生物学研究的新时代。

何为合成生物学?

成果负责人、中科院合成生物学重点实验室主任覃重军说,合成生物学希望效仿物理学,通过人工构建“理想化、简约化的体系”发现规律,然后运用规律,让人类能够像组装机械那样组配新生物、模仿造物者的超能力。

也就是说,人类可以创造生命,“上帝特权”也开始交由人类掌控。

中国科学院院士赵国屏评价:这项成果是继上世纪60年代人工合成结晶牛胰岛素和tRNA之后,中国学者再一次利用合成科学策略,去回答生命科学领域一个重大的基础问题。这次实验可以帮助人们“用最简生命来理解复杂生命”,这不是对生命本质的挑战,而是为人类对生命本质的研究开辟了新方向,是真正的“敬畏生命”。

探寻科学总是一条漫长而寂寞的路,从2013年开始尝试将酿酒酵母基因组内大量的重复序列切掉,只保留一个拷贝,然后再将染色体全部重新拼接合成。这一试,就是4年。补充实验数据又近一年。可以说整整五年,覃重军团队没有发过一篇相关论文,研究组经费一度缺口数百万元,堆放在覃重军的实验室案头上的是2000多页A4纸……

从牛胰岛素的合成到打开合成人物学大门,中国科学家们走过了太长太久的路,失败何止百次,但科学梦想之心依然年轻。

来源:津云(综合中国政府网、《生命科学》杂志、人民网、新华网)

编辑:靳超

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