全球首个人工合成蛋白牛胰岛素“研究记录”

教育动态2024-09-17 12:50:52匿名

1965年9月17日清晨,杜玉苍走出实验室,正要宣布一项非常重要的实验结果。在此之前,他刚刚完成了最后关键的一步,事关成败。

这位来自中国科学院生物化学研究所(以下简称生化所,中国科学院分子与细胞科学卓越中心的前身之一)的研究员高举试管,逆光仔细观察。这是合成牛胰岛素晶体的闪光。将产品放在显微镜下,可以看到独立的六面体晶体像钻石一样闪闪发光,晶莹剔透,与天然牛胰岛素晶体——一模一样。

“我看到了,完美的结晶,我们成功了!”随着杜雨苍的欢呼声,小实验室里里外外都沸腾起来。

接下来,他们需要测试这些晶体是否能像天然胰岛素一样在动物身上引起降血糖反应。在人们紧张的注视下,老鼠跳了起来——。这是体内胰岛素过多导致低血糖引起的抽搐反应,证明合成牛胰岛素与天然牛胰岛素具有相同的生物活性。这意味着历时近7年的人工合成牛胰岛素研究终于获得成功。在漫长的国际竞争中,中国终于走在了人工合成蛋白质的前列。

这次的欢呼声比看到结晶时更加热烈和欢乐,而且持续了很长一段时间……

“合成一个蛋白质”

1958年夏天,在生化所高级研究员会议上,时任所长王英来和其他科学家正在就下一阶段工作的建议进行热烈讨论。

每个科学家都想为祖国做出大贡献,但什么样的贡献才算大呢?攻克肿瘤、放射生物学、生物结构等基础理论研究课题被一一否决,现场陷入僵局。

直到一个声音响起——“合成蛋白质”。

会议室顿时安静下来,所有人都明白了这七个字背后的分量。当时世界上还没有一个国家成功合成蛋白质。如果能够人工合成具有生物活性的蛋白质,那将离人工合成生物大分子进而重组活细胞的宏伟目标又近了一步。

早在生物化学研究所成立之初,王迎来就打造了一支生物化学领域顶尖的科研团队,并先后获得了邹成录、曹天勤、张友端、王德宝、牛静怡、沈兆文、周光宇。强大的人才体系为牛胰岛素的人工合成提供了重要条件。

王英来的学生王恩多回忆道:“王老师的眼光非常好,他招收的科学家都是能够开创新学科领域的领军人才,就是帅才。光有帅才就够了。”还不够,王老师还为国家培养了一批科学家人才,组建科研团队开展工作。”

高级研究员会议结束后,“合成一种蛋白质”的想法被转移到全体科研人员的讨论会上,让在场的所有年轻人都受到了启发。

随后,在中央领导的支持下,“人工合成蛋白质”被列入国家1959年科研计划(草案),代号“601”,意为“20世纪60年代的第一项重大任务”。

由此,我国合成蛋白工程拉开了序幕。

从零开始,“五路进军”

毫不奇怪,科学家选择的第一个合成蛋白质靶点是胰岛素。

你可以把牛胰岛素想象成一条珍珠项链,由17种51种氨基酸组成。这些氨基酸按照一定的顺序通过形成肽键连接成两条链,A和B。A链有21个氨基酸,B链有30个氨基酸。两条链通过两个二硫键连接。 A链内部还有一个二硫键。

它并不大,也不复杂,但国际知名学术期刊《自然》发文断言:“合成胰岛素将是一个遥远的事情”。

这是因为胰岛素分子的全合成涉及200多个化学反应步骤。还需要先制备氨基酸和相关试剂,然后将氨基酸按一定顺序连接起来,合成具有生物活性的整体。如果任何一步反应产物不纯,都会影响下一步的合成和最终结果。

王英来盘点了一下自己手上的“部队”和“粮食”,发现研究所里有多肽合成经验的人才并不多。仪器和设备几乎是空白的。就连合成胰岛素所需的——个氨基酸原料也十分紧缺。

20世纪50年代,中国只能生产三种低纯度氨基酸:甘氨酸、精氨酸和谷氨酸,其余14种必须进口。价格昂贵的氨基酸品种每克售价几十元,比黄金还贵。

在此背景下,生物化学研究所在中国科学院的指导下于1958年底成立了东风生化试剂厂。这是我国第一家专业生产氨基酸的工厂,结束了我国无法制造成套氨基酸的历史。

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素“研究记录”

东风生化试剂厂的工人们正在制备合成胰岛素所需的氨基酸。

次年1月,人工合成胰岛素正式启动。

生化所成立了以曹天勤副所长为组长的五人领导班子,采取了“智胜胰岛”计划的“五路行进”,即有机合成、天然胰岛素拆解、肽库、酶激活和转肽分别。由相关专家牵头。北京大学有机教研室负责胰岛素A链的合成,生物化学研究所负责胰岛素B链的合成以及A、B链的拆卸。

不久之后,生化所天然牛胰岛素拆解团队通过多次天然胰岛素二硫键解离实验,将解离产物的生物活性提高到0.7%~1%。结果报告给王英来后,他的第一反应就是确认数据是否稳定,是否有机会。他反复叮嘱队员们要在现有基础上进行更多验证,进一步巩固测试成果。经过反复摸索,当年10月前拆装后的生物活性进一步稳定,恢复到原来活性的5%~10%。

此前,学术界普遍认为,天然胰岛素的生物活性在二硫键解体、重组后无法再现。中科院生化所天然牛胰岛素拆解组组长、研究员邹成录与组员杜玉苍创建的重组方法实现了零的突破,被誉为“杜邹法”。国际科学研究界。

与此同时,生化所牛静怡、龚跃亭研究员的合成团队也取得进展。他们不仅掌握了多种肽合成技术,还能够将8个氨基酸连接成8个肽。

然而,更大的困难还在等待着他们。

龚跃亭(左)、牛静怡(中)和杜宇苍讨论肽合成新方法。

“人工合成胰岛素 100年我们也要搞下去”

合成牛胰岛素项目于1960年5月开始实施“规模化作业”,仅中科院上海分院就聚集了来自5个研究所的300多人的科研团队。

参加过胰岛素项目“大兵团行动”的张永连回忆说,那是一段难忘的时光。那时,她是组长,除了睡觉时间,几乎每天都在实验室。然而,人海战术并没有达到预期的效果,很多参与者都感到沮丧。

王英来对这种情况非常担心。当年夏天,他向中科院领导建议,希望以有能力的研究团队推动人工合成胰岛素的研究。医院领导听取建议后,停止了“大兵团行动”。截至年底,生化所只剩下近20人的精干队伍,中科院上海有机化学研究所(以下简称上海有机化学研究所)只剩下7人。

直到1961年春,时任国务院副总理聂荣臻视察生化所,并与生化所胰岛素合成团队进行了对话。

“你们有多少人?”

“几十个。”

“花了多少钱?”

“一百万。”

聂荣臻当场表明立场:“我们这么大一个国家,有几亿人口,就那么几个人,只有一点点钱,为什么我们做不到?如果你做,我们就做”不管责任有多大,都要承担。” “100年后我们也会开发出合成胰岛素。下去吧。”

此话一出,所有人似乎都松了口气。此后,研究人员继续致力于在相对稳定的环境下人工合成牛胰岛素。

生化所龚跃亭(左)和蒋荣庆观察合成牛胰岛素B链和天然牛胰岛素A链重组半合成胰岛素的结果。

参与牛胰岛素合成的上海有机化学研究所研究员徐结成回忆,时任上海有机化学研究所所长王友要求每个化合物“过五关,败” “六将军”,即元素分析、色谱、电泳、旋光分析齐全。酶水解和氨基酸组成分析,然后再进行下一步。这种严谨的学术风格影响了很多科研人员的生活。

在原国家科委和中科院协调下,生物化学研究所、上海有机化学研究所与北京大学化学系达成合作,王英来、王友担任分别担任组长、副组长。大家讨论并明确了分工:北京大学合成了牛胰岛素A链前9个肽,上海有机化学研究所合成了A链后12个肽。两个单位完成了A链21个肽的合成;生化所合成了30种B链肽。肽将A链和B链连接成一个整体。

1965年2月,上海有机化学研究所和北京大学参与胰岛素合成的研究人员合影。

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素“研究记录”

经过两年的正式合作,胜利的曙光终于到来。

生化所原所长李伯良回忆:“当时,国家和中科院的领导保证了项目的平稳运行,保证了专家带领年轻人奋勇前进。”生化所高级工程师张申北说:“合成牛胰岛素可以使用6年9个月,我从来没有担心过资金不足的问题。如果没有国家、中科院的支持,这是难以想象的科学和研究所。”

亲手划掉自己的名字

1965年9月17日,合成牛胰岛素在一片欢呼声中上市。国家科委组织科学家两次进行鉴定,确认合成牛胰岛素的结构、生物活性、理化性质、晶形与天然牛胰岛素完全相同。

人工全合成牛胰岛素的晶体。

两个月后,有关人工合成牛胰岛素的论文首次发表在中英文简报上,分别为《科学通报》和《中国科学》。这是世界上首次人工合成与天然牛胰岛素分子具有相同化学结构和生物活性的蛋白质,标志着人类探索生命奥秘之旅迈出了里程碑式的一步。 1966年3月,该论文中文版在《科学通报》上正式发表,4月,其英文版在《中国科学》上正式发表。

但为世界首次人工合成蛋白——牛胰岛素做出巨大贡献的协作组组长王英来却坚持不在任何文件上签字。他认为自己只是一个组织者,而不是研究者。在胰岛素成果申请材料中,他亲自划掉了自己的名字。

人工合成牛胰岛素的工作发表后,引起国际轰动。当胰岛素一级结构阐明者桑格得知来自中国的好消息时,兴奋之情溢于言表:“你们合成了胰岛素,也解除了我心灵的负担。”当时有人问他提出的胰岛素一级结构的部分。序列存疑,但中国合成牛胰岛素的事实证明了桑格测定的世界上第一个蛋白质结构——胰岛素结构的正确性。

当时,瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会化学组主席、诺贝尔奖得主阿尔内·蒂塞留斯访问中国,留下了一句名言:“人们可以学习如何制造原子弹”从书本上,但你无法从书本上学习如何制造胰岛素。”

值得一提的是,合成胰岛素项目自开始讨论以来,一直鼓励年轻科研人员参与,最终使他们成为未来中国生命科学的中流砥柱。 20世纪80年代,张永琏前往英国帝国癌症研究基金会分子内分泌实验室进修。当同事们得知她来自著名的生化研究所时,顿时对她产生了一些信任。

参与胰岛素合成的朱尚全回忆,大学毕业进入研究所后,他就被委以制备高纯度天然胰岛素A链和B链的重任,奠定了胰岛素合成的基础。为他后来的生命科学研究奠定了坚实的基础。

这项历时近七年的工作,被誉为“前沿研究的典范”,并于1982年荣获国家自然科学奖一等奖。1997年,香港求是科学技术基金会授予“杰出研究奖”。合成胰岛素工作获“科技成果集体奖”。时至今日,它仍然是中国科学家最重要的里程碑式科学成就之一。

何为纪念,何为传承

今天,合成牛胰岛素即将庆祝其诞生60 周年。什么是“胰岛素精神”、如何传承“胰岛素精神”的问题再次进入人们的视野。

事实上,这是一个被讨论过无数次的问题。

2015年4月10日,由中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所(以下简称生化与细胞生物学研究所)整合组建而成。原中科院上海细胞生物学研究所邀请陈元聪、专家崔桂芳、林启和、李在平齐聚一堂,回忆他们参与胰岛素合成的历程。在场科学家无不感叹,合成胰岛素是集体智慧的结晶,其背后的“胰岛素精神”已成为几代人永恒的记忆。在当时贫穷愚昧的条件下,只有敢于“啃”硬骨头,才能成就大学。

在张永连看来,“胰岛素精神”的重要体现是即使没有条件也要创造条件的优良传统,克服困难的决心和勇气,以及集中优势、集体攻关的科研组织经验。

现任中国科学院分子与细胞科学卓越创新中心(生化细胞科学研究所承建)主任刘小龙也有同样的感受。他介绍,中心传承“胰岛素精神”的重大探索之一,就是在解决重大科学问题时开展更加制度化的协作,大胆创新科研组织模式。

刘小龙介绍,中心目前致力于生命科学前沿基础研究和应用基础研究,特别关注关系国计民生的重大研究方向。但分散式的科研组织形式在集中力量组织大型项目、研究重大科学问题时存在一定的局限性。

2022年至今,中心在研究组长制度的基础上,新增和强化了“研究组”和“科学家工作室”两种科研组织模式,旨在进一步强化中心作为国家战略性科研基地的使命。科技力量。团队进攻。

为纪念王应来杰出的学术成就,国际天文学联合会于2021年批准将355704号小行星正式命名为“王应来星”。

用户评论

蔚蓝的天空〃没有我的翅膀

哇,这个全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录真是太棒了!我一直对这方面很感兴趣,希望这项技术能早点应用到实际中。

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龙吟凤

看了这个研究记录,我对人工合成蛋白牛胰岛素的潜力更有信心了。希望未来能解决更多糖尿病患者的痛苦。

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一点一点把你清空

哎呀,全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,这个突破太震撼了!太期待看到它在医疗领域的应用了。

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∞◆暯小萱◆

这个研究记录简直让人眼前一亮,人工合成蛋白牛胰岛素的成功意味着糖尿病患者的福音要来了!

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在哪跌倒こ就在哪躺下

对糖尿病有很深的感情,看到全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,真的感到无比激动。

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浅嫣婉语

这个研究记录让我对人工合成蛋白牛胰岛素的未来充满期待,希望这项技术能早点普及,让更多糖尿病患者受益。

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青山暮雪

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,这真是一个里程碑式的突破!太感谢这些科学家们的努力了。

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把孤独喂饱

人工合成蛋白牛胰岛素的成功,意味着我们离治愈糖尿病又近了一步。这个研究记录太重要了。

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孤单*无名指

看到这个研究记录,我真的为我国的科研力量感到自豪!全球首个人工合成蛋白牛胰岛素,真是太棒了。

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浅笑√倾城

人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,让我想起了那些在科研前线默默付出的科学家们,他们真是太伟大了。

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一别经年

这个全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,让我看到了科技的力量。希望这项技术能迅速造福人类。

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墨城烟柳

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录发布,虽然我还不太懂其中的科学原理,但能感受到这背后的艰辛与突破。

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我绝版了i

人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录让我对未来的医疗技术充满信心,希望这项技术能尽快进入临床应用。

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淡抹丶悲伤

这个研究记录让我对糖尿病有了新的认识,人工合成蛋白牛胰岛素的成功,真的让人心情愉悦。

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焚心劫

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,让我意识到科技发展的重要性,为这些科研人员点赞。

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肆忌

这个研究记录让我看到了我国在生物科技领域的实力,全球首个人工合成蛋白牛胰岛素,真的太厉害了。

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掉眼泪

人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,让我对糖尿病有了新的希望,希望这项技术能尽快改善糖尿病患者的生活。

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她的风骚姿势我学不来

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录,让我对医疗科技的未来充满期待,希望这项技术能早日惠及全球。

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歆久

这个研究记录让我对人工合成蛋白牛胰岛素的应用前景感到兴奋,期待它能为糖尿病治疗带来革命性的变化。

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有一种中毒叫上瘾成咆哮i

全球首个人工合成蛋白牛胰岛素的研究记录发布,虽然我目前还无法完全理解,但能感受到这项技术背后的伟大与意义。

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