可愛的中國,奮進的上海 | 「三葉草」的詩篇:人工合成核糖核酸背後...

2021-01-09 澎湃新聞

喜迎新中國成立70周年之際,「上海科技」聯合「世界科學」「三思派」等微信公號推出系列紀念文章,回憶70年歲月裡的動人故事,感受科學家群體對祖國對科學的熱愛、對造福民生的初心和探求未知的使命擔當。

本篇圍繞「人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸」展開,生動記述了那個年代上海科學家勇攀科學高峰的頑強精神和聰明才智。

1982.1.18

參加中國科學院在北京科學會堂召開人工合成酵母tRNAAla 學術報告會的人員合影

圖片由中科院分子細胞科學卓越創新中心(生化與細胞所)提供

︱作者:姚詩煌 蘇瑞常

1981年12月20日下午6點,座落在上海嶽陽路的科學院幾幢研究所大樓,已隱入暮靄之中;四周靜悄悄的,只有中科院上海細胞生物學研究所 (簡稱「細胞所」) 行政樓後面的一排小屋裡,燈火通明,籠罩著一種近乎神秘的緊張氣氛,十幾位身著白大褂的科研人員,注視著一臺液體閃爍譜儀的同位素計數顯示:

5001000150020002500……

此刻,恐怕世界上再也沒有比這一連串有規則的數字更珍貴的了,他們熬紅的眼睛裡,閃爍著興奮的目光。這一串數字,在現代科學史上留下可資紀念的歷史鏡頭——我國在世界上首次人工合成的酵母丙氨酸轉移核糖核酸,測得了全部生物活力。

核酸是生命的奧秘所在。生命體遺傳信息的儲存、複製和表達,都由核酸控制。婀娜多姿的核酸長鏈,宛如繚繞在巍峨的科學峰巒上的玉帶,召喚著有志者去攀登、去摘取。十餘年來,至少有十名諾貝爾獎獲得者,同研究核酸有關。我國科學工作者經歷了13年的曲折路程,終於得到了璀璨的玉帶,在核糖核酸的人工合成上,取得了國際領先地位。啊,記載著遺傳信息密碼的核酸,如今是否還記下了這樣的珍貴信息——中國科學工作者的頑強精神和聰明才智。

「三葉草」破土而出

20世紀60年代,年輕的中國生化科學事業異峰突起,在世界上首先人工合成了具有全部生物活力的蛋白質——結晶牛胰島素。正當祝賀信、讚揚聲湧來時,在中科院上海生物化學研究所(簡稱「生化所」)的一間會議室裡,一場討論在熱烈地進行:

「蛋白質和核酸都是組成生命的重要基礎物質,人工合成核酸,應該是我們的下一個目標。」

「牛胰島素是第一種被搞清結構的蛋白質,我們花了六年多時間合成了;現在,第一種被搞清結構的核酸是酵母丙氨酸轉移核糖核酸,我們能否再花幾年,也人工合成它?」

「中國取得了一個世界冠軍,要爭取再拿一個冠軍」。

然而,這一步卻難多了。

核酸的結構要比蛋白質複雜,牛胰島素的分子量是5700,由兩條各含21和30個胺基酸的肽鏈組成,而76個核苷酸組成的丙氨酸轉移核糖核酸,分子量約26000。而且在核酸中,核糖核酸的合成又比脫氧核糖核酸困難。一些國家的實驗室在進行了一段時間的探索以後,已退出了這一角逐;至此,只有少數國家仍準備在這條崎嶇的道路上挺進!

在周總理和聶榮臻副總理的直接支持下,1966年春,上海、北京等地的科研人員組織了大協作。酵母丙氨酸轉移核糖核酸的三葉草形結構,在各研究所的實驗室、研究人員的心坎裡,顯示著誘人的魅力。但是,正在中國大地上掀起的政治風暴,使剛播種的「三葉草」面臨著嚴冬的威脅。

基礎理論研究一項項被砍掉了,老科學家一個個被關進了「牛棚」,純潔的科學殿堂瀰漫著現代迷信的煙霧。「三葉草」研究雖僥倖以存,卻只能在夾縫裡求生,頑強地伸出幼嫩的莖芽,向著世界汲取陽光、空氣和養料。

汪猷院士

有機化學家汪猷在地下室的黑牢裡被關了一年半,放出來後立即去向他的學生、助手們了解研究的進展,晚上則在家裡從事「地下工作」——翻譯國外資料。他翻譯的一本美國化學家關於核酸小片段合成的書,被室裡的同志爭相傳抄,幾乎人手一冊,譽為「天書」。

生物化學家王應睞、王德寶被規定不得直接接觸「三葉草」,只許在實驗室裡處理試劑。但他們把這些繁複的工作看成是替「三葉草」施肥灌溉,以老科學家特有的認真、細緻態度,在平凡的提純工作中,把自己的純潔之心,溶入了晶瑩的有機試劑之中。

王應睞院士

「金字塔」起自底基

人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸

有人把核酸的合成,比喻為建造一座宏偉的金字塔。科研人員需要從單體的提純、製備開始,經過無數次的反應,逐一地延長合成的片段。最後的合成產物在數量上只是單體原料的百億分之一。這株研豔的「三葉草」,就傲放在底基如此龐大的金字塔頂端。

許多科研人員,長年累月地在實驗裡進行反應、提純、分離等重複操作。這些工作出不了論文,算不上尖端,卻需要可貴的耐心、毅力和無私精神。

這裡,我們聽到兩個「老黃牛」的故事。

第一個「老黃牛」在細胞所,叫王應魁。

這位只讀過小學的工程師,以實幹精神聞名全所。

在這項重大課題中,他的任務是提供單體和小片段,是眾多的基礎工作之一。無論單體提純和小片段合成,都需要大量化學溶劑、試劑,其中不少是有毒的,如吡啶、氯仿等,尤其是吡啶,室內只要有一點點,就臭味瀰漫。

王應魁長時間接觸試劑,身體健康受到影響。每一次小片段合成,需要連續工作幾十個小時,甚至一個星期。為了保證質量,他吃飯、睡覺都不離實驗室。

他對記者說:要改變我國科學事業的落後面貌,就得從基礎做起。「九層之臺,起於壘土」,我樂於做高臺偉樓下的一撮基土。

另一個「老黃牛」叫黃敬堅,是有機所副研究員、核酸 組的組長。

這位五十年代汪猷親自帶出來的研究生,不僅業務嫻熟,技術精湛,富於創造力,而且作風踏實。

有機所也擔負著砌底基的任務,科研人員成年累月地與化學試劑打交道,守在一根根的層析柱旁,設法提供合格的單體和小片段。

黃敬堅對全組每個人的工作進展,了如指掌。

每天下班後,他總要到各個實驗室仔細查看一遍;

晚上7點左右,他離家來所,打開一扇扇實驗室房門,認真察看正在分離產物的一根根層析柱;

夜裡10點,他再次來所,又重複檢查一遍;

第二天清晨他還要到實驗室查看一次。

這樣的「老黃牛」精神,處處可見。核糖核酸的「金字塔」,就是由這許許多多的無名英雄,似燕子銜泥,如蜜蜂釀蜜,點點滴滴地築成的。

他們之中,有的放下了個人可出論文的課題,有的放棄了出國進修的機會,在13年的時間中,把自己最寶貴的一段科學生命,化成了「金字塔」的一磚一木,化成了整部「三葉草」交響曲中的一個音符!

確實,從事這樣重大的尖端項目,是十分光榮,甚至帶有詩意的。但這種詩意般的研究,卻離不開在化學試劑的毒霧和同位素輻照下的危險,離不開許多繁複的平凡勞動。

譬如,有一種稀有核苷酸,只有在健康人的尿中微量地含有,每100立升尿中含有2克左右。科研人員經常拉著車子,去收集尿液,然後在試劑廠同工人同志一起,加料、攪拌、蒸餾……當他們從大桶大桶的人尿中,提取到幾克稀有核苷酸時,其喜悅之情,可能不亞於當年居裡夫人從成噸的瀝青中提煉出一克鐳!

「前線總指揮」的風度

堅韌不拔的科學精神,更強烈地體現在這項工作的「前線總指揮」——生化所核酸研究室主任王德寶同志身上。

生物化學家王德寶院士(右三)是這一重大科研工程的具體業務領導者

1969年,這位我國核酸研究領域的開創者,從「牛棚」裡放出來了。儘管還戴著「特嫌」的「帽子」,但他仍毫無保留地用自己的知識幫助大家。

當時,目標是合成三核苷酸,但產物出來後,大家不知道如何鑑別,究竟是二還是三?王德寶根據自己所積累的經驗,提出用光譜分析,並設法去圖書館查閱資料。

先前燈火通明的科學院上海分院圖書館,空蕩蕩、冷清清,王德寶嘆息著彈去一本本外文書上的灰塵,埋頭閱讀起來。

他是一位孜孜不倦的求知者,深懂知識對社會的全部意義。

為了探求「科學救國」,1947年他赴美學習化學專業,並在諾貝爾獎獲得者考瑞教授的實驗室進修。

新中國誕生後,他得悉祖國需要發展科學,克服種種阻撓,毅然回國,創建了我國第一個核酸研究室。今天我國能開展核酸人工合成這樣的重大課題研究,有賴於他帶領科研人員做大量的研究工作。

光譜分析法很快用上了,這時,王德寶卻被迫離開實驗室,去挖防空洞了。

當這位中國第一流的科學家揮起鐵鍬挖泥時,他想到了20年前的一幕類似情景:

回國途中受阻的王德寶,隻身在檀香山一個伐木場搬木頭,以積蓄路費再度伺機回國。從搬木頭到挖防空洞,歲月的磨難更堅定了他的信念:「逆境是達到勝利的一條通路。」

王德寶終於又回實驗室來了。「多探索、多試驗、多總結,科學研究切忌浮誇、輕率、說空話。」王德寶常常這樣告誡年輕的科研人員,並處處身體力行。

在合成工作的每一步上,都會有學術、方案、技術方法上的不同意見,有時大家還會爭得面紅耳赤,最後只好希望王德寶「裁決」,但他從不以專家的權威來強求一致,而是讓不同的方案都設法做些試驗,進行「多路探索」,在實踐的基礎上,再尋求一種合理的最佳方案。

通過一步步探索,10、12、19核苷酸的大片段分別連接起來了。

當勝利正在逼近時,1979年6月,日本大阪大學的大冢榮子來華訪問,介紹她所在的池田森源實驗室,將在兩個月內完成甲醯甲硫氨酸轉移核糖核酸的人工合成工作。此時,我們尚在向半分子進軍途中,不少人沉不住氣了,流露出焦急、懊喪的情緒。

王德寶不愧有大將風度,他分析了中日雙方的強弱:

日本雖然進度比我們快,但他們的合成物中沒有稀有核苷酸,而是用普通核苷酸代替,不如我們的更接近於天然核酸;

其次,日本尚未考慮測活手段。

因此,我們還是有希望的!

「要爭,就要爭第一!」王德寶建議加強大片段、連接酶和測活的力量,以更嚴格的標準,抓好每一個環節。

在一次重要實驗的前夕,他給大家講起了「關雲長大意失荊州」的故事,再三強調,越進入最後階段,越要慎之又慎,一切從零開始,切莫疏忽大意,功虧一簣。

他和大家一起,對各種片段、試劑和工具酶,都反覆檢查、測試,決不讓一個「疵點」放過。嚴格的態度,保證了合成的順利進行。不久,四十一核苷酸的半分子合成了。

大家再接再厲,繼續奮戰另一個三十五核苷酸的半分子。

然而,王德寶卻累得病倒了。他住院開了刀。可是,手術剛過,他就把研究人員召到病房,聽取實驗的進展匯報,提出下一步的方案設想。出院後,所裡安排他去療養,並提出青島、廬山等風景勝地供他選擇,他卻只選中另一處——生化大樓的八樓實驗室。

1981年11月的一個星期日,總裝組的同志照例繼續來到實驗室。可是,王德寶卻叫大家回家看電視,說今天不加班。這幾天正處於總裝緊張階段,時間分秒必爭,老王何來如此閒情逸緻?

大家正在納悶,還是一位關心體育的同志先省悟過來:原來,今天電視轉播世界女子排球賽的關鍵一戰——中國隊對美國隊。老王是希望大家學習女排的拼搏精神,進行最後的衝刺!

最後衝刺終於來到了,一切都已準備就緒。進行總裝的兩個實驗室瀰漫著緊張的氣氛,離心機「嗡嗡」地響著,層析柱將同樣透明的溶液一滴、一滴地分離在一個個試管裡,架上晾起了一張張放射自顯影的X片……

與此同時,測活組已調試好儀器,他們建立的測活系統,不僅能測定核糖核酸接受胺基酸的活力,而且能測定是否具有將攜帶的胺基酸摻入蛋白質的活力。現在,他們正等待著。

來了!王德寶和總裝組的同志都從八樓下來了。他們捧著那凝結著多少人13年心血結晶的試管,向測試組走來。他們是那樣莊重、嚴肅,似乎是捧著一張試卷的學生,去接受老師的批閱;更象是舉著一面五星紅旗的登山運動員,要把鮮豔的國旗插上地球的巔峰……

本文原載於1982年1月20日《文匯報》

2007年,科學史研究者熊衛民在回顧這項工作時表示:

人工合成酵母丙氨酸轉移核糖核酸是中國科學史上的一件大事。它在「文革」 之初啟動, 前後動員了10餘個單位的約200位科技工作者參與, 歷時近14年才告完成。完成之後, 這項工作得到了廣泛的宣傳, 並與人工合成胰島素一道, 被作為中國生物大分子研究的雙璧而載入中學教科書。

「酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工全合成」項目

獲1987 年國家自然科學獎一等獎

圖片由中科院分子細胞科學卓越創新中心(生化與細胞所)提供

輝煌七十載 科技耀申城

嗯,這篇好看↓

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