我所见证的成都地域生化及分子细胞生物学R&D及产业发展的历程

                      杨顺楷    四川    成都

伴随着改革开放进入深水期，旧有的落后科技管理体制很难适应快速发展的生命科学的步伐。如上文提及生化学界老前辈蓝天鹤先生，鼓励中青年科技工作者要积极参加国内外的学术交流（如IUB组织），多了解生化及细胞分子生物学国际前沿的新进展。于是在1989年，由中国生化及分子生物学会理事长，著名生物化学家邹承鲁（英国剑桥生化PhD；60年代我国人工合成牛胰岛素“诺奖级”科研成果主研人之一，时任全国政协常委）先生发起，在全国范围内以个人名义征集参加在韩国（其时未同我国建交）汉城举办的亚大生物化及分子生物学（IUBM）国际学术会议论文，由国家科技部批准组团参会。笔者被选中入围全国25人名单，准备参加生物技术组分组口头报告论文交流。

1.赴会途中艰难的历程

这次由IUBM组织在韩国汉城召开的亚洲大洋州生化及分子生物学国际会议，鉴于当时我国尚未同韩国建交，增加了参会的难度。当公函发到我所后，参加这方面的国际学术会议还是建所30年来的第一次，按照常规在所内走完“程序”后上报到中科院外事局时，已经接近会期；如何办？笔者幸好有人指点，很快在省外事局办好护照，直接飞到北京，到三里河中科院部外事局，取到我所上报有关我出国参会的公文函件，直接到中国科协国际部“加急”办理外交部的出境香港（英国）签证；待到第三日上午早8点，直奔朝阳门大街外交部门口守候，等待拿出境签证护照，同时在那里等待拿护照的人还有上海广州等地的参会韩国汉城IUBM的人员。话分两头，且说我个人拿到护照后，立刻直奔首都机场，买好尽可能早的航班直接飞到广州，到了广州又赶忙直奔黄花岗中科院广州财务处，办理支取我所出口“川龙冠心灵”存留的外l汇作为出国参会的费用。最后在中国银行广州分行取到美元时，天时已近黄昏，赶快到了广州火车站，已经没有到深圳的火车班次，只好乘中巴到深圳，到达深圳时已经是深夜，好不容易驻进了深圳的北京燕山石化招待所；次日早上草草用了早歺，赶快到罗湖口岸排队等候，由港方人员一个个谈话盖上准入章，乘火车直到九龙，由九龙乘出租车到达香港大学大学同学（华西医大访问学者）居所，次日又赶往金钟的韩国驻香港领事馆，办理赴韩国参加IUBM国际会议事宜；幸好有朋友帮助，次日9时及时拿到了韩国签证，在朋友帮助下用汽车直接送到启德国际机场，“加塞”达乘上了泰国航空直飞汉城的航班，到了汉城津浦国际机场，鉴于同韩国未建交，对个人的的证件及行李箱物件严格检查，我是最后一个出机场的来访者。打出租车到达汉城希尔顿饭店时，IUB会议的晚宴已经结束。好在数天前，邹承鲁先生偕同夫人李琳，已经从北京先期转道日本，再到韩国汉城，代表中国生化学会及时參与IUBM会议。他代表中国生化与分子生物学会理事长，自然受到贵宾般的接待。究竟这次IUBM汉城会议的中国25人组团有多少人参会，笔者不得而知。

会后，我只得到此次办理IUB M会议会务处，购买了一本厚厚的会议论文集，带回国准备交差报账。在汉城居留了3日，又回到了香港啟德机场，在机场铁板长櫈上过了一夜（限一次性入港单程签证），次日上午搭乘民航班机，回到了广州，当日没有回到𢦓都的机票，只好购当日到长沙的火车票到达长沙，由中科农业现代化研究所的同行接待，进行了双方感兴趣的学术研讨交流。第三日终于搭乘长沙到成都航班回到了成都，为这一大圈 IUBM汉城之行划上了句号。回到单位后，单单就是为此次出国费用的报帐“卡壳”，直到92年才解决报销费用问题；与此同时，广州医大一位老师也是赴韩参会人员，他的行程走到香港半道时，被告知IUBM会议已经结束；后来他也委托我给他复印一份会议论文集中他的论文摘要 ，用于回单位报帐。

2. 令人高兴的高光时刻来了

九年后的1998年，也是由邹承鲁先生代表中国生化及分子生物学会发起，得到国家科技部、中科院生物大分子国家实验室、国际生化及分子生物学联盟（IUBM）、国际纯粹与应用生物物理联盟（IUPAB），以及全球分子和细胞生物学网络（UNESCO-MCBN) 等机构和有关企业的响应及赞助，拟将在同年五月广西桂林召开国际酶催化机制讨论会。笔者认为这次会议非常符合个人的专业研究方向，自然与国内外同行及时参加了酶学前沿学术研讨交流。令人高兴的是，当日上午会议上仅安排了2位国内讲演人，那就是邹先生和本人。邹先生首先作了有关他及其科研团队酶学前沿基础研究成果，“酶催化活性部位柔性的作用”学术主旨报告，我报告的题目是：“一种新的化学酶法合成：借助红酵母苯丙氨酸解氨酶（PAL）生物转化反式-beta-丙烯酸成为L-beta-丙氨酸”。看来这一次广西桂宁的酶催化机制国际学术会议，也确实成为了个人职业学术生涯的顶点。它也进一步坚定了个人将这一实验研究成果（PAL酶法生产L-苯丙氨酸）向产业化发展的信心和决心（91年在成都通过了小试；95年在江苏连云港通过中试；98年在浙江绍兴实现百吨级工业化试生产，被国家经委列入高技术新产品）。这一成果在国内有3家企业共计生产出L-苯丙氨酸2000余吨，有力地推动了我国低能营养型甜味剂阿斯巴甜（APM）的产业发展，用以及满足国内对食品级和医药级苯丙氨酸的市场需求。

这一段时期可以说是笔者职业道路50年的黄金时段。立足应用微生物学与工业生物技术领域，从国家重大需求出发选题：“采用化学-酶法进行不对称合成研究，国内开展尚少，且目标为国内急需的L-苯丙氨酸，显然有重要的应用前景”（国家自然科学基金项目编号，3870009）；通过实验室研究，实时总结阶段成果，经由研究所与企业的合作研发，通过中间试验和工业化规模百吨级L-苯丙氨酸非粮技术途径试产成功。这一工业生物技术平台的搭建，在20年后的今天，由新一代国内培养的生物工程PhD 人才，又一次完成了经由化学-PAL酶法合成L-2-氯-苯丙氨酸实验研究，结合后续几步化学合成，可制得培朵普利（perindopril）心血管治疗药物。它主要用于治疗高血压和心力衰竭，具有药效作用时间长、副作用小、耐受性好的特点；且该L-邻-氯-苯丙氨酸产品，作为精细化学品中间体，还可广泛应用于香料和染料的有机合成。这一创新的生物技术途径，完美体现了绿色环境保护的特点。

3.个人职业道路上值得记住的恩人

在我的这一职业道路发展过程中，直接或间接受益于国内生化及分子生物学地方学会，国家生化学会酶学专委会、工业生化专委会，微生物学会酶工程专委会，国家化工学会生物化工专委会开展的学术会议，以及个人相互沟通的知识信息沟通交流，达到了增长专业技术知识、关注生命科学前沿，能与时俱进。其中，师长辈的如川大生物化学曾仲奎教授，上海生化所袁中一研究员，科院微生物所陈琦研究员，福建师大吴松刚教授，本单位微生物室创建者吴衍庸研究员等，如今他们虽然均已经过世，但是在我职业道路上，有缘分作为他们曾经的学生、同事、同工得到他们的教诲、理解与支持，令人受益匪浅终身难忘。

4. 生命不息，传承可期

进入新世纪，伴随着人体基因组测序的完成，生化及分子细胞生物学的发展进入高速发展新时代。全球的化学化工产业发展，提出了一个共同的目标，那就是提高资源利用率，降低能源消耗，对环境友好；与此相关的就是各个国家须得注重绿色产业发展，即要在重视生态，促进社会经济发展和保护环境之间取得合理平衡。据称目前与人类大健康产业有关的药物品种，有一半是来自天然产物（即生物有机体内存在的分子类物质），于是借助基因分子克隆和遗传重组工程手段，发展建立起“生物制造”技术体系，那就是合成生物学的研究与工程开发。其定义就是经由控制线路和整合模块元件，设计出靶代谢途径，组合进底盘细胞。例如，法国立项投资数百万欧元级经费，组织科学家团队，选择以产甾醇酵母菌为底盘细胞，构建起来自植物动物和人的相关10多条基因片段，,构成合适的模块元件，重组进底盘细胞，建立起新型的菌株；该菌株在实验发酵罐里，直接利用糖和醇的发酵培养基，合成出了目标产物皮质醇（糖皮质激素氢化可的松）。类似的称为代谢工程的就是美国科学家于2003年，利用来自不同生物体的生物合成元件，在大肠杆菌底盘中实现了植物次生代谢产物青蒿酸的工程化合成，后续以青蒿酸作为前体，经由数步化学合成，制得的青蒿素达到了与利用植物提取黄花蒿中的青蒿素抗疟药具有药效等同的结果。这就预示了该抗疟药能实现“工厂化全合成”的美好前景。

近年来，笔者作为生物化工技术顾问，与企业研发部的青年科技人员，一起选题设计利用专性甲基营养菌的gama- 谷氨酰甲胺合成酶（GMAS），生物催化谷氨酸和乙胺合成L-茶氨酸。将gmas 基因序列优化为大肠杆菌偏好性密码子，一并合成基因，构建获得表达gama- 谷氨酰甲胺合成酶的大肠杆菌工程菌；其中还包括构建了一个耦合ATP再生系统，即采用串联表达多聚磷酸激酶（PPK），腺苷酸激酶（Adk）和多聚磷酸腺苷酸转移酶（PaP）一起，联合生物催化多聚磷酸盐产生ATP，实现ATP再生，为L-茶氨酸生物合成反应过程提供能量。经由对整体生物反应器全过程发酵参数优化，实现了工程菌在100L发酵罐高密度高酶活力细胞培养；以此利用全细胞作为生物催化剂进行生物转化，即在30度，pH8.0条件下，采取底物流加补料策略，实现目标产物L- 茶氨酸累积量达到了44.81g/L，摩尔转化率80.16%。实验过程工艺稳定，整套技术体系经由逐级放大，可望实现工业化规模生产L-茶氨酸。这对于目前我国每年传统发酵工业产出百万吨级谷氨酸（钠）低值产品（1万元/吨），延伸产业链转化产出高值产品L-茶氨酸意义重大。可见成都地域的合成生物学及其工业生物技术研发应用，已经开始攀登这一新世纪的科技高峰。对此，国内还有一位赵GP院士，网上评论合成生物学发展：“行至半山坡更陡——认识合成生物学发展的关键节点”，当然这是一位老科学家的警示之语，更重要的是须得牢记“科学有险阻，苦战能过关”的教诲”，前景可期待。

5.总结

总体评价。就个人在成都地域职业生涯50年，就生命科学领域从基础科学应用微生物学与生物化学及分子生物知识积累积淀，以至集成的研究开发的发展过程，确实体现了自然科学学术知识代际传承的发展过程。就以发端于中科CIB 的沼气发酵微生物学及其应用，经科技人力资源的转移重组，发展到目前的农业农村部成都沼气科学研究所，由一个该所中青年科技研究团队，近期取得重大基础科研成果，即古细菌C-1厌氧代谢产甲烷新途径的重大发现，论文发表在《自然（Nature）》（2021，12-23），这就充分体现了该研究所在环境微生物学方面的存在价值。近年来在我的记忆中，川农大已经有2篇论文在Nature先后发表。记得当时首篇论文发表时，地方媒体赞誉道，这是我省院校首次发表在高影响因子期刊上的学术论文，体现了我省的科研实力与地位。这同早些年国内仅凭发表在”CNS”上的一篇论文，就可以获得重奖的年代，真是不可同日而语。因此可以说，生命不息，传承可期，迎接高科技合成生物学及其工业生物技术时代已经到来！