朗讀除了雜交水稻和青蒿素，50年前的生物還有什麼？第除了雜交水稻和青蒿素，50年前的生物還有什麼？

《除了雜交水稻和青蒿素，50年前的生物還有什麼？》
biokiwi
最近，因袁隆平先生的離世，55年前的雜交水稻研究被人們提及；而幾年前諾貝爾獎的頒布，也讓屠呦呦先生的青蒿素再一次被世人熟知。殊不知，在新中國成立之後的那個年代，還有一項生物學成就舉世矚目，以至於1966年諾貝爾獎得主的英國生化學家約翰·肯德魯，在訪問中國時曾表示，這是（當時）英國最知名的中國科學成就。而這一切，都要從1965年9月17日， 那個普普通通的星期五說起。那一天，年輕的科學家們早早來到了上海市嶽陽路320號——中國科學院上海生物化學研究所的實驗室裏，杜雨蒼、龔嶽亭等人緊張地圍著一個操作台，觀察著桌上的小白鼠。這只小白鼠剛剛完成注射，注射進它體內的，是來自上海生化所和北京大學的三個研究團隊、二十多位科學家，耗時七年合成的牛胰島素結晶。過去歐美科學家合成的胰島素結晶，進入小鼠體內後都毫無反應，起不到原有的效果。此時，完成胰島素A鏈和B鏈重組的科學家鄒承魯坐在隔壁房間，焦急地等待著實驗的結果。成敗在此一舉。七年努力舉世矚目七年前，也就是1958年，新中國成立的第九個年頭，為了響應國家發展科學事業的號召，獻禮國慶十周年，上海生化所決定做一個有分量的項目——人工合成蛋白質。為什麼要合成蛋白質呢？革命導師恩格斯說過：蛋白質是生命存在的形式。蛋白質的確重要，但是合成蛋白質難度非常大，當時世界上還沒有成功的先例。如果中國人能合成，那必然舉世矚目。大的方向確定了，有那麼多蛋白質，究竟要合成哪一種呢？其實，在中國科學家的心裏早就有了答案——胰島素。為什麼胰島素會成為天選之子呢？
胰島素的一級結構 | 圖源：Sun Y, 2015.首先胰島素很小，只有51個氨基酸，合成難度相對比較低；同時它也是當時唯一一個已知氨基酸序列的蛋白質。而且在當時，要得到胰島素只能從動物采集，但采集的效率不高、且含量極低。所以，胰島素就顯得十分珍貴，如果能人工合成會有很高的實用價值。可說起來容易，做起來是真的困難——中國科學家們沒有合成蛋白質的任何經驗，各種生化試劑材料極度匱乏，而且胰島素的兩條鏈（上圖所示的A鏈和B鏈）還可能會隨機拼接，影響最終的結果。也正因為這些麻煩，當時的國外科學家都覺得難以實現。但是中國科學家沒有輕易放棄——對於胰島素含有的17中氨基酸，八個研究單位新建工廠自己生產。而對於合成胰島素的最大難關——A鏈B鏈的重組——也在鄒承魯團隊的攻關下被順利解決。
年輕時的鄒承魯 | 圖源：Wikipedia另一方面，胰島素兩條多肽鏈的合成，也在紐經義團隊和北大-有機所團隊的努力下依次實現，至此，胰島素合成的幾個關鍵問題也都被陸續解決。再把時間撥回1965年9月17日，鄒承魯團隊的杜雨蒼，和紐經義團隊的龔嶽亭，將合成的牛胰島素結晶注射到小鼠體內，並開始緊張等待實驗的結果。
牛胰島素結晶小鼠開始抽筋跳動，發生了顯著的驚厥反應——這也昭示著，經過七年的漫長努力，中國成功合成了人類首個在體外具有完整結構的功能性蛋白質。“整個實驗室在場的人們都開始歡呼起來，情不自禁地擁抱慶祝，那實在是一個無法用語言來形容的激動時刻。”當時的龔嶽亭回憶到。
小鼠實驗成功的場面，右2杜雨蒼，右3龔嶽亭諾貝爾獎評審委員會化學組主席阿爾內·蒂塞利烏斯來中國訪問時，適逢中國爆炸第三顆原子彈，他說：“制造原子彈是可以從書本上學到的，但合成結晶牛胰島素卻不能。”合成生物學的突飛猛進胰島素人工合成的巨大成功，也昭示著紐經義、鄒承魯、杜雨蒼等年輕的中國科學家，已經打開了現代生物學一扇全新的大門：合成生物學。所謂合成生物學，關鍵就在於“合成”二字，傳統的生物學都以“觀察”為主，我們去觀察動植物，觀察生物體內組織細胞的活動，觀察生物化學反應，而合成生物學則是要“翻身做主人”——我們要合成生物分子，合成生物器官，甚至合成生命。人工胰島素就是合成蛋白質的重要一步。，但很遺憾，後面的歷史發展使得我們生物科學水平暫時落後於其他國家，錯過了生物學突飛猛進的那段時期。
合成生物學的構想 | 圖源：nature communication20世紀中葉，人類對DNA和遺傳物質的進一步了解，促使了21世紀初基因工程技術的快速發展。人類開始嘗試改造各種生物來合成燃料、材料、藥物，比如通過細菌來合成各種可降解材料，以及像是本來需要從植物中提取的青蒿素等藥物。又或者可以從無到有合成一個全新的基因組，實現生命的創造：比如美國科學家克雷格·文特爾成功創造的世界首例人工合成生命結構——通過將人工合成的DNA基因組導入支原體中，再複制分裂，形成了完全人為設計的生命體。
電子顯微鏡下觀察到的人造生命Syn3.0 | 圖源：Hutchison C A, et al. 2016.略顯遺憾的是，在合成生物學的開端，缺少了中國，那個最開始實現了蛋白質合成的重要成員。中國自己的合成生物學但正在經曆改革開放，快速進入世界發展大潮的中國科學家，很快就意識到了合成生物學的重要性——它是繼DNA發現、基因組測序之後的第三次生物學革命，我們可以將生物學轉化為工程學的成果了。
21世紀開始世界合成生物學的發展曆程| 圖源：趙國屏, 2018.21世紀的中國科學家，仍然有著1958年時敲定人工合成胰島素的那種心懷壯志，創新進取的精神與激情：十幾年來的不斷前進，中國合成生物學的步伐也在逐漸加快。每年上億資金的投入，力求開發出生物燃料、生物材料、生物藥品等生物制品，來滿足14億人口的需求；我們合成生物學的技術也逐漸走向世界領先，合成酵母染色體，合成病毒並實現滅活疫苗的構建等等。未來合成真核生物生命指日可待；在去年的新冠疫情中，中國優秀的合成生物學幫助我們設計了DNA探針，像是追蹤器一樣准確地檢測病毒；此外，合成生物學技術，還可以用來幫助尋找合適的藥物或者設計開發高效的疫苗，幫助人們抵抗病毒侵擾。我們，已經重新回到當初那個實現舉世矚目成就的地位，甚至應該說，早就超越了那個時代，實現了更大的突破與飛躍。科技立國，我們從人工合成胰島素，再到現在合成生物學的高速發展。不僅讓中國重新回到世界科技舞台，多樣的應用也讓我們的生活更加美好。正如張先恩老師所說：“中國的合成生物學，正如蓬勃朝陽，蒸蒸日上。”參考資料Sun Y. The creation of synthetic crystalline bovine insulin. Protein & cell, 2015, 6(11): 781-783.鄒承魯, 對人工合成結晶牛胰島素的回憶. 光明日報.張佳星, 七年堅持不懈！人工合成胰島素登頂化學合成之巔. 科技日報.張先恩：中國的合成生物學，正如蓬勃朝陽，蒸蒸日上. 中國科學院院刊.趙國屏. 合成生物學：生命科學的“利器”. 人民日報.張先恩. 中國合成生物學發展回顧與展望. 中國科學: 生命科學, 2019, 49(12): 1543-1572.Pei L, Schmidt M, Wei W. Synthetic biology: an emerging research field in China. Biotechnology advances, 2011, 29(6): 804-814.Fernau S, Braun M, Dabrock P. What is (synthetic) life? basic concepts of life in synthetic biology. Plos one, 2020, 15(7): e0235808.Hutchison C A, Chuang R Y, Noskov V N, et al. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science, 2016, 351(6280).掃碼回複“胰島素”讓這個人拉你進群一起聊聊合成生物學
《除了雜交水稻和青蒿素，50年前的生物還有什麼？》完，請繼續朗讀精采文章。
喜歡 小編的世界 e4to.com，請記得按讚、收藏及分享！