勇攀高峰:人工全合成牛胰岛素纪事

陈禹

 

1965年9月17日,中国科学工作者经过6年多的艰苦奋斗,首次用人工方法成功合成了结晶牛胰岛素,这是当时中国基础科学领域取得的顶尖成就。这一成果打破了1956年英国《自然》杂志评论文章“人工全合成牛胰岛素还不是近期所能做到的”论点。60年光阴流转,科学家精神历久弥新。这一事件不仅开辟了人工合成蛋白质的新时代,更铸就了中国“敢为天下先”的科研丰碑。今天我们跟随文章,一起感受60年前的老一辈科学家勇攀高峰的精神。

代号“601”

蛋白质研究是破解生命之谜的关节点,攻克人工全合成蛋白质成为各国科学家的一个重要研究课题。

1958年8月,刚刚成立不久的中国科学院生物化学研究所(以下简称“生化所”)提出研究“人工合成牛胰岛素”。在中央领导的支持下,“人工合成蛋白质”被列入全国1959年科研计划(草案),代号“601”,意为“六十年代第一大任务”。由此,中国的人工合成蛋白质项目拉开了序幕。

这一意义重大、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,然而在那个急需证明中国实力的特殊年代,20年太久,参与项目的科学家决定把日期缩短为5年。

生化所考虑到工作难度、工作量问题,并且本单位缺乏有机合成经验,人手又不够,先后请求与中国科学院有机化学研究所(以下简称“有机所”)、北京大学化学系有机教研室合作。北大抽出了一些人员参加此项研究,虽说有些人没有亲临上海的实验现场,但他们也在备战过程中,为此“输了血”。生化所建立了由邹承鲁、钮经义、曹天钦、沈昭文等科学家分别负责的5个研究小组。北京大学的邢其毅教授、张滂教授和陆德培等4位青年教师、季爱雪等4位研究生一起,带领有机专业的10多名应届毕业生展开研究。他们各带一批年轻的科研人员,分头探路。

这场称为“大兵团合作”的人工合成牛胰岛素奋战,就此拉开序幕。

攻坚克难,勇攀高峰

牛胰岛素是当时唯一被阐明化学结构的蛋白质,也是分子量最小的具有生物功能的蛋白质。

经过周密研究,研究团队确立了合成牛胰岛素的程序。合成工作分三步完成:第一步,先把天然胰岛素拆成A、B两链,再把它们重新合成天然胰岛素结晶,并于1959年突破了这一难题,重新合成的牛胰岛素是同原来活力相同、形状一样的结晶。第二步,用人工合成的B链同天然的A链相连接。第三步,把经过考验的半合成的A链和B链相结合。

按照分工,有机所和北京大学化学系负责合成A链,生化所负责合成B链。

1959年, 首先完成了构建氨基酸的生产工艺, 实现胰岛素 B 链中的几个小片段的人工合成。证明设定的研究方向是正确的。

生化所与北京大学科研人员进行胰岛素重组实验(来源:中国科学院分子细胞科学卓越创新中心)

为了充实研究队伍,相关部门又从当年的毕业生里面挑选了三百多从生物、化学专业的大学生参加牛胰岛素的合成研究工作。原本团结协作的大兵团作战,在扩军后反而陷入僵局,同时因为自然灾害的影响,让当时原本就捉襟见肘的研究资源更加难以为继。新中国人工合成牛胰岛素的研究工作陷入到了困顿之中。

1964年,中国科学院经过一段时间的深入调研后,决定改革精简机构,集中优势力量和资源,进行重点攻关。这样开端良好的人工合成牛胰岛素的研究工作又可以继续进行了。生化所于当年就完成了B 链的人工合成。

根据工作需要,中科院将原本几百人的人工合成牛胰岛素的研究团队精简为一个20人左右的精干团队。很快振奋人心的捷报传来,在三家单位实验工作人员的辛苦工作下, A 链终于成功地被合成出来。

随着北京大学完成A链合成, 将要进行整个全合成中最关键的一步: 与B链进行重组。由施溥涛代表北京大学, 张伟君代表有机所, 杜雨苍代表生化所进行实验, 其他科研人员则各自等待结果。

 

1965年,工作人员在小白鼠身上测试人工全合成结晶牛胰岛素活性(作者供图)

1965年9月17日清晨,杜雨苍小心翼翼采集了一份样品,采用高倍显微镜检验合成结果。显微镜下,一个个完美的六面体结晶体晶莹透明,在透明的溶液当中闪闪发光。

为了实验结果的权威性和可靠性, 全合成的实验一共重复进行了 4 次, 以保证整个实验结果的可重复性, 结果每一次的实验都成功得到了与天然胰岛素相同的结晶。

随后为了证明它具有生物活性,化学工业部上海医药工业研究所根据实验结果, 做了《合成胰岛素惊厥法测定结果》的报告, 充分证明人工合成的胰岛素与天然的牛胰岛素具有同等的生物学活力, 至此说明了整个合成的过程获得了圆满的成功。世界上首批人工方法全合成的牛胰岛素晶体,在新中国科学家手中诞生了

 

档案见证科研精神

1965年11月,国家科学技术委员会在上海举行了牛胰岛素人工全合成科研成果的国家鉴定。由中科院副院长吴有训任主任委员、高教部科研司司长吴衍庆任副主任委员,王应睐、邹承鲁、曹天钦、童第周等26位著名科学家组成的国家鉴定委员会,对人工全合成牛胰岛素的研究成果进行了科学鉴定。

他们在对该项研究工作的设计方案、试验方法、原始数据及逻辑推理等方面进行严格审查和严肃学术讨论的基础上,得出鉴定结论,高度肯定了此项科研成果,证明人工全合成牛胰岛素具有与天然牛胰岛素相同的生物活力和结晶形状。这是世界上第一个人工全合成的蛋白质,标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中,迈出了关键性的一步,其意义与影响是巨大的。

1966年12月24日,《人民日报》头版头条报道我国在世界上第一次人工合成结晶胰岛素。

1966年12月24日《人民日报》的相关报道

1979年,我国人工合成牛胰岛素研究集体代表钮经义曾被杨振宁等科学家推荐为诺贝尔化学奖候选人。1982年,这项研究成果获得国家自然科学一等奖。

人工全合成牛胰岛素的成功,在国际国内产生了深远的影响。这一成果促进了生命科学的发展,也为我国蛋白质的实际应用开辟了广阔的前景。直至今日,胰岛素一直作为治疗糖尿病的特效药物被广泛应用。

2000年,中国科学院上海生物化学研究所将记载着人工全合成牛胰岛素这项辉煌成果的部分科研档案捐赠给中国革命博物馆,其中包括人工全合成牛胰岛素实验记录、《合成胰岛素惊厥法测定结果》报告(即活力检测报告)和由吴有训、王应睐等22位科学家亲笔签名的该项成果国家鉴定书。

在长达6年的科学攻关中,科学家们完成了大量精细的实验,写下了难以计数的实验记录,这10页实验记录和活力检测报告,仅仅是数以万计的实验记录的一小部分,它记载了实验取得成功的关键时刻。第209、210号记录纸记录了从最后一步合成工作到获得牛胰岛素结晶的实验经过。第211、217-1记录了检测人工全合成牛胰岛素结晶活力的过程和结果。第213到217记录了9月21日开始进行重复试验的过程。这次重复试验再次获得了具有生物活性的牛胰岛素蛋白。

这些记载着中国科学家热爱祖国、献身科学事业、奋勇攀登世界科技高峰顽强拼搏精神的科研档案,作为历史的见证,将永载史册。

(注:本文转载自《档案春秋》微信公众号)