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团队协作,诺奖擦肩——中国科学家合成牛胰岛素的传奇 精选

已有 524 次阅读 2026-1-31 18:24 |个人分类:医学史话|系统分类:科普集锦

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1959年,中国科学院上海生化所胰岛素工作参加者

前排中为王芷涯;中排左四钮经义,左五邹承鲁,左六曹天钦,左七沈昭文;后排右一许根俊,右二张友尚,右4戚正武,右五龚岳亭,右六张申碚,右9杜雨苍。 

一段尘封的历史,一个与诺贝尔奖失之交臂的故事,却值得所有中国人骄傲和在记忆中珍藏。

合成一个蛋白质,向向国庆10周年献礼

1958年刚刚来到,在上海市岳阳路一个被称为“320大院”的科研圣地,一群年轻的中国科学家正在讨论一个富有挑战性的科学项目:“合成一个蛋白质”,向国庆10周年献礼。

这是一群敢想敢干的青年人,他们被大跃进的战鼓而催奋,为新中国欣欣向荣的成就而鞭策。自然,这项研究的价值和意义显而易见。正如当时参与项目研究、后来成为中国科学院院士的王志珍老师所言(东方卫视前沿科学思想秀《未来中国》第二季),“蛋白质是所有一切生命活动地执行者”,国际上尚无先例。

这也并非天方夜谭,他们当然知道:

1902年,德国化学家埃米尔·费歇尔提出了蛋白质是由氨基酸通过“肽键”连接而成的“多肽理论”,为合成指明了化学本质。

1953年,美国化学家文森特·杜·维格纳奥德首次人工合成了由九个氨基酸组成的多肽——催产素,证明了人工合成生物活性肽是可能的,并获得了1955年的诺贝尔化学奖。

1955年,英国科学家弗雷德里克·桑格历经八年,首次完整测定了牛胰岛素的氨基酸序列(一级结构),相当于拿到生命分子的第一张“精确图纸”,并获得了1958年诺贝尔化学奖。

目标非常清晰,他们必须也只能瞄准“胰岛素”。就当时而言,只有胰岛素被测定出分子结构,它的“图纸”很简单:由A链(21个氨基酸)和B链(30个氨基酸)组成,两条链之间通过两对“硫桥”连接。可以说,这是合成蛋白质的最优选择。

年轻人说干就干,他们的雄心壮志打动了老一辈的科学家。这个项目很快被中国科学院上海生物化学研究所正式立项,且被列为国家级机密,代号“601”,意为“六十年代第一大任务”。

“白手起家”与艰难的起步

但决心虽大,困难却超乎想象,他们面临着“白手起家”的豪情与窘迫。

当时,中国连合成蛋白质的“砖瓦”——氨基酸,都极度缺乏。所需的17种氨基酸中,有14种需要进口,来源受限。没有条件,就创造条件!

年轻的科学家们自己动手,建起了“东风生化试剂厂”,从零开始生产必需的氨基酸和试剂。实验设备也极其简陋,连一个自动摇晃反应瓶的振荡器都没有。由于有机溶剂味道很重,不能放在实验室里,当时有一位技术员,他的任务就是要保持住摇两个小时。由于实验室通风设备不好,他就开着窗户,把手伸到窗户外面去摇。由于他太累了,手里的烧瓶掉了下去,里面珍贵的、已连接了8个氨基酸的片段毁于一旦,被大家心痛地称为“八肽跳楼”事件。

首战告捷与“大兵团作战”的弯路

研究采用了“五路进军”的策略,分头探索。由邹承鲁带领的团队,率先攻破了第一个关键堡垒:他们成功将天然胰岛素拆分成A链和B链,然后又成功地将它们重新组合,并恢复了约5%-10%的生物活性。这证明,只要人工合成的A、B链结构正确,它们就有可能自动组合成有活性的胰岛素。这是一个极其重要的原理性突破!

然而,由于项目保密的需要,这项重大成果没有立即向世界公布。一年后,加拿大科学家发表了类似但效果(仅恢复1%-2%活性)远不及他们的成果。这一次“沉默”,让中国科学家失去了一次率先展示关键发现的机遇。

但是,在“大跃进”思潮影响下,研究一度进入了“大兵团作战”模式。北京大学、复旦大学等数百名师生加入,追求速度和声势。大家省略了繁琐的中间产物鉴定步骤,很快“宣布”合成了A链、B链甚至“具有活性”的胰岛素。然而,科学需要的是严谨,而非浮夸。这些没有经过严格验证的“成果”最终被证明是无效的,研究跌入低谷。

关键时刻,聂荣臻副总理鼓励团队:“你们做,再大的责任我们承担。”“人工合成胰岛素100年我们也要搞下去。”科研重新回归理性。

1961年,研究重回正轨,形成了中国科学院上海生化所、有机化学所和北京大学的精干协作组。他们约定:“不搞上海的胰岛素,不搞北京的胰岛素,要一心一意搞出中国的胰岛素。”

大家一起讨论并明确了分工:北京大学合成牛胰岛素A链的前9肽,上海有机所合成A链的后12肽,两家单位一起完成A链21肽的合成;生化所合成B链的30肽并连接A链和B链组合成整体。每一步合成都要经过严格的分析、层析、电泳等鉴定,确保纯度和结构正确,一步一个脚印地推进。

闪光的结晶与胜利的欢呼

1965年秋天,人工合成的A链和B链终于都制备完成。最后,也是最关键的一步,是将它们组合起来,形成有活性的胰岛素。这个重任落在了杜雨苍等人肩上。

他们将合成产物溶解在结晶液里,放入冰箱。这不是普通的等待,而是对未知结果的煎熬。十四天后,1965年9月17日的清晨,人们迫不及待地打开冰箱,拿起毛细管对着光查看——里面出现了闪光的六面体结晶!电镜照片显示,它与从牛胰腺中提取的天然胰岛素结晶一模一样。

结晶好看,但它真的有生物活性吗?最直接的证明就是“惊厥实验”——给小白鼠注射胰岛素会导致其血糖骤降,出现神经功能紊乱,表现为抽搐、惊厥甚至昏迷,这被称为“胰岛素休克”。当注射了人工合成胰岛素的小白鼠,与注射天然胰岛素的小白鼠一样,出现了惊厥反应时,实验室内外爆发出热烈的欢呼!测定显示,人工胰岛素的生物活性达到了天然产品的80%。

消息传出,震撼了世界科学界。它庄严宣告:人类第一次用化学方法合成了具有完整生物活性的蛋白质!这是中国科学家对世界科学的重大贡献。这一成就被誉为是继1828年人工合成尿素后,人类在揭示生命本质道路上又一个里程碑式的飞跃。

诺奖的遗憾与精神的丰碑

如此重大的成果,自然引起了诺贝尔奖委员会的关注。1970年代,杨振宁等科学家多次提议为中国的人工合成胰岛素研究申报诺贝尔奖。1978年,中国官方正式推荐始终负责B链合成的钮经义作为候选人。然而,最终奖项旁落。

为何擦肩而过?原因是多方面的,科学界对此也有不同看法:

有观点认为,成果发表于1966年,正式提名已是1970年代末,时过境迁。且合成所采用的方法是当时已有的多肽合成技术,缺乏革命性的方法创新

遗憾的是,1959年底邹承鲁院士和团队的工作,表明了“天然胰岛素结构是A、B多肽链所能形成的所有异构体屮最稳定的”。这其实已经逐渐指明了一个问题——“蛋白质的氨基酸序列,可以部分决定其的复杂高级结构”。还是出于保密需求,邹承鲁团队并没有及时发表这一结果。直到了1961年5月,美国化学家克里斯琴·B·安芬森发表了一个相似的结果。

安芬森把另一个单链蛋白质(核糖核酸酶)的二硫键,叫蛋白质失去高级结构,而它重新连接后,发现其又恢复了活性。之后,安芬森基于牛胰RNase复性实验提出了自组装学说,即“蛋白质的一级结构可以决定高级结构”,获得1972年的诺贝尔化学奖。

还有观点认为,诺贝尔奖习惯奖励个人突破性贡献,而胰岛素合成是数百人庞大团队协作的结晶。尽管最终只推荐了钮经义一人,但其作为庞大团队的代表参评,可能与诺奖的传统评选模式不完全契合。

在中国成功前后,美国、西德等实验室也报道了合成胰岛素的消息(虽然活性和结晶不如中国),这也可能在一定程度上分散了奖项的归属。

无论原因为何,诺贝尔奖评审委员会化学组主席蒂塞刘斯访华时的评价,足以说明这项工作的分量:“你们可以从教科书中知道怎么造原子弹,但是你们绝不可能从教科书中学会人工合成胰岛素。”这意味着,这是一项高度独创和复杂的科学成就。

比奖牌更珍贵的遗产

亲爱的小朋友们,虽然与诺贝尔奖擦肩而过,但人工合成牛胰岛素的成功,其意义远超一枚奖牌。

它发生在中国科研条件极为艰苦的时期,证明了中国人有无穷的智慧、勇气和协作精神,能够在基础科学前沿达到世界顶尖水平。

它孕育了宝贵的“胰岛素精神”——即献身、求实、团结、奋进的精神。尤其是组织者王应睐先生,他为了促成协作多方奔走,却在最终上报成果时,坚决地划掉了自己的名字。这种淡泊名利、甘为人梯的品格,正是团队协作最崇高的体现。

为纪念王应睐卓越的学术成就,国际天文学联合会于2021年批准将编号为355704号的小行星正式命名为“王应睐星”。

正如王志珍院士说的:“中国的现在杰出的一批结构生物学家,都是从我们这个胰岛素晶体结构小组长出来的。”

今天,当我们在生物课上学习蛋白质结构时,在化学课上接触合成反应时,请记得这个关于勇气、智慧与协作的中国故事。回顾这段历史,它更是一堂关于如何面对困难、如何坚持真理、如何为了共同目标无私奉献的生动课程。它告诉我们,科学探索的真谛,往往不在于最终是否捧起奖杯,而在于那束为照亮人类认知边界而汇聚起的、永不熄灭的团结之光。这束光,穿越时光,依然照亮着后来者的道路。

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人工全合成牛胰岛素的结晶及生物活性测定现场



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