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从合成蛋白质到合成核酸

2021-07-22 中国科学报
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人工合成牛胰岛素动物试验获得成功的场面。

824总装会战组在观察最后的电泳测试结果。熊卫民供图

  从1958年至1981年,我国集中全国的相关研究力量,在分子生物学领域进行过几次大协作,先后取得了人工合成结晶牛胰岛素(代号“601”,后获国家自然科学奖一等奖)、1.8埃猪胰岛素晶体结构测定(代号“691” ,后获国家自然科学奖二等奖)、人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸(代号“824” ,后获国家自然科学奖一等奖)这三项重大成果。

  601项目起于“大跃进”运动的高潮时期。鉴于恩格斯曾经做出过“生命是蛋白体的存在方式”“如果某一时候化学能够人工地制造蛋白体,那么这蛋白体也必然会呈现出生命的现象,即使是最微弱的生命现象”的断言,中科院生物化学研究所的研究人员决心“合成一个蛋白质”。不久后,此设想得到领导层的肯定,而当时唯一确定了一级结构的蛋白质——胰岛素也就成了合成目标的不二之选。

  1958年12月,601项目在中科院生物化学研究所正式启动。1959年4月,在有机化学领域素有专长的北京大学化学系正式成为了此项目的合作伙伴。1960年5月,在中科院党组的推动下,中科院有机化学研究所也成为了此项目的合作伙伴。虽然走了一些弯路,有些科研人员也产生过动摇心理,但在各级党组织的坚强领导下,601项目还是领先于科学强国美国、德国的相关实验室,于1965年9月17日在世界上第一次取得了人工胰岛素结晶!

  601项目的成功,在国内外都产生了重大影响。下一步的进军目标是什么,怎样才能持续保持领先?这成了中国科教界不得不考虑的问题。1966年2月,中科院党委、高等教育部党委联合向中央提出,“将来世界上第一个人工合成具有生命的物质,应该由中国人民首先实现”。经过多轮酝酿、磋商,1966年5月,他们决定先开展蛋白质的空间结构测定(从胰岛素开始)工作,而核酸的人工合成、病毒蛋白质亚基的人工合成等工作也进入了国家领导人的议事日程之中。

  “文革”对这些正在或将要进行的研究构成了很大的冲击。但是,1967年5月,691项目重新启动;1968年2月,824项目上马。

  重新开始的691项目由中科院物理研究所托管,有北京大学化学系、生物系等单位的30多位教师和中科院物理研究所、生物物理研究所、上海生物化学研究所、上海有机化学研究所、计算技术研究所、福建物质结构研究所等单位的约40名研究人员参与。前面一年多分散在各单位进行,1969年1月,为了更好地开展工作,以胜过国外的竞争对手,各单位的相关人员被集中到研究设备较好的中科院物理研究所。经过不懈努力,1971年6月,在竞争对手、英国的霍奇金教授完成测定之后约两年,中国科学家独立完成了中等分辨率(2.5埃)的猪胰岛素晶体结构测定工作。1973年8月,他们又完成了当时最为精细的高分辨率(1.8埃)的胰岛素晶体结构测定工作。

  824项目从核苷酸原料的制备做起,分为沪区“824组”(由中科院生物化学研究所托管,早期参与者包括中科院上海生物化学研究所、上海有机化学研究所、实验生物研究所的20多名研究人员,以及上海试剂二厂的一些工人)和京区“824组”(由中科院微生物研究所托管,早期参与者包括中科院微生物研究所、遗传与发育生物学研究所、动物研究所、植物研究所、心理研究所、化学研究所、生物物理研究所、北京生物实验中心以及中科院院机关等单位的约60名研究人员,以及首都啤酒厂的一些工人。后来相关研究人员全部并入中科院生物物理研究所)。为加强领导,1977年7月25日,中科院又发函成立“人工合成丙氨酸转移核糖核酸协作组”。经过13年零10个月的努力,1981年11月19日,人工合成酵母丙氨转移核糖核酸工作终告成功。

  虽然科研效率并不高,也并未实现人工合成生命的长远目标,但这些项目却成了中国在分子生物学领域的几个早期尝试。这些成果表明,中国可在尖端科研领域与西方发达国家一决高下,极大地增强了民族自豪感。尤其重要的是,在大学停止招生、研究生停止培养、别的基础研究项目基本不再进行之后,后两个项目几乎成了当时培养现代生物学人才的唯一手段。有了这批在国际前沿磨练过的人才的积累,再加上部分尚未荒废专业的老专家,中国才能迅速跟上国际潮流,于“文革”结束之后数年即在以分子遗传学和基因工程为代表的分子生物学主流研究领域取得成果。

  (编辑:熊卫民,系中国科学技术大学人文学院特任教授)

打印 责任编辑:阎芳
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