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1965年9月17日:人工合成结晶牛胰岛素成功的那一刻
http://www.100md.com 2019年3月1日 《百科知识》 2019年第5期
     1965年9月17日,中国科学家首次用人工方法合成了结晶牛胰岛素,标志着人类在探索生命的征程中迈出了关键性的一步,开启了人工合成蛋白质的时代。

    合成胰岛素难题

    在生活中,我们常常听说,有些糖尿病患者需要注射胰岛素,这是因为胰脏分泌的胰岛素具有降血糖和调节体内糖代谢的功能。1889年,德国的敏柯夫斯基首次发现了胰脏和糖尿病的关联,后来,有很多科学家对胰脏展开了研究,想弄清楚胰脏分泌的神秘物质到底是什么。30多年后,加拿大医生班廷给出了答案,他于1921年首次成功提取胰岛素,并成功地应用于临床治疗,获得了1923年诺贝尔生理学或医学奖。

    接下来,科学家面临的问题是能否人工合成胰岛素。胰岛素是一种蛋白质,蛋白质是生物体的主要功能物质。从微观层面看,蛋白质是由氨基酸组成的,想要人工合成胰岛素必须知道它的氨基酸序列。20 世纪 50 年代,英国化学家桑格阐明了胰岛素分子的氨基酸序列,获得了1958年诺贝尔化学奖。但是,合成具有生物活性的蛋白质的难度非常大,很多国际上的权威认为,人工合成胰岛素短时间内很难做到。
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    不可能完成的任务

    1956年,中央政府提出了1956~1967年的《12年科技发展远景规划》,同年,周恩来总理也提出:“向科学进军。”当时,社会各界民众以极大的热情投入到了祖国的建设中,科学家们也受到了极大鼓舞。1958年8月,中国科学院上海生物化学研究所的科研人员提出研究“人工合成牛胰岛素”。1959年,该项目获得了国家重大科学技术项目立项。

    20世纪50年代,人工合成蛋白质是生物化学界绝对的前沿和热点,然而中国的科学家所处的环境极其困难。这一难度奇高、国际上还从未有人开始研究的基础科学项目,起初设定的完成期限为20年,然而,参与项目的科学家决定把日期缩短为5年,他们希望用实力证明中国人的科研能力。

    当时,中国科学家在蛋白质合成方面的经验非常少,一切都是从零开始。时任中国科学院生物化学研究所所长的王应睐曾留学英国剑桥大学,是著名的生物化学家,在他的努力下,邹承鲁、曹天钦、钮经义等杰出人才加入了此次研究。但困难依然超出想象,这些科学家都没有研究过蛋白质合成,国内也极为缺乏生物化学方面的人才。另外,实验所需的原材料也是一大难题,胰岛素配套的17种氨基酸都需要进口。就在项目开始的前一年,中苏关系走向恶化,欧美国家对新中国也实行了技术封锁,进口到合成牛胰岛素所必需的氨基酸也成为一大问题。
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    与诺贝尔奖擦肩而过

    在研究最开始的几个月,实验进展非常缓慢,整个研究团队的情绪和自信心也陷入了低谷。不过,邹承鲁领导的小组很快带来了好消息,他们把天然胰岛素拆成A链、B链,再重新复合,得到了活性恢复到原活性5%~10%的产物。这证明胰岛素的结构信息存在于其一级结构中。也就是说,中国科学家实现了天然胰岛素的拆合,为后续研究解决了第一个关键问题。1960年,邹承鲁小组的年轻科学家杜雨苍在一次科研大会上发表了“天然牛胰岛素拆合研究”的研究成果,震惊了参会的所有人。这一重大研究成果足以参与诺贝尔奖的竞争,但由于保密需要,该研究成果并没有在国际期刊上发表。1961年,美国科学家安芬森发表了一项理论意义类似但相对简单的工作—氧化被还原的核糖核酸酶肽链复性、结晶,这一成果获得了1972年的诺贝尔化学奖。

    初战告捷,这证明中国科学家设定的研究方向是正确的。相关部门决定,给牛胰岛素人工合成研究增加人手。这也使该项研究成为一个参与人数众多的大型科学项目。据统计,直接参与研究的人数不少于780人。
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    轰动世界的决胜瞬间

    经过一系列大型团队竞赛式的攻坚研究之后,最终的“决战任务”还是交给了一支由20多位杰出科学家组成的精英研究团队。不久,好消息传来,牛胰岛素A链和B链成功合成。接下来,只要A链和B链成功连接产生出与天然牛胰岛素相同的蛋白质,便大功告成。这个收官之战还是落在了青年科学家杜雨苍、龚岳亭等人的肩上。争分夺秒,不分昼夜,杜雨苍在实验室全力以赴进行最后的几次模拟操作后,终于在1965年9月3日,A链与B链的人工全合成实验取得成功。

    1965年9月17日清晨,实验室中的所有人都既紧张又兴奋,都在翘首等待奋斗了6年多的结果揭晓。在杜雨苍的合成物冷藏14天后,他又一次与之见面,并采集了一份样品。高倍显微镜下,一个个完美的六面体结晶体晶莹透明,像宝石一样在溶液中闪闪发光。整个实验室沸腾了,激动的心情难以言表,每个人脸上都洋溢着幸福。检验成果的最后一步是需要将结晶配成剂量后,在小白鼠身上检验活性。龚岳亭回忆说:“当小白鼠开始抽筋乱跳的时候,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。”

    在1966年4月举行的华沙欧洲生化学会联合会议上,王应睐、邹承鲁、龚岳亭作为华沙欧洲生化学会联合会议的演讲者,向全世界宣读这一重大研究成果。中国成功人工合成胰岛素的新闻,成了与会科学家最关注的话题。

    不久后,诺贝尔奖评审委员会化学组主席蒂斯尤里斯教授来到中国参观了中科院生物化学研究所,并对在场的中國科学家说:“你们第一次人工合成胰岛素十分令人振奋,向你们祝贺。美国、瑞士等在多肽合成方面有经验的科学家未能合成它,但你们在没有这方面专长人员和没有丰富经验的情况下第一次合成了它,使我很惊讶。”(杜涉), 百拇医药