上海在生命科学基础研究方面的实力是国内外知名的,最近这支科研大军中又增添了一路强将。中科院上海有机化学所筹建的生命有机化学国家重点实验室去年正式通过验收建成并对国内外开放。由新华社播发的这条消息引起了我们强烈的兴趣,化学如何介入生命科学研究是我们很想了解的内容。恰巧,日前报又报道了也是这一领域的专家、清华大学的学部委员赵玉芬教授的一段话:“先有核酸还是先有蛋白质?生命化学中这个先有鸡还是先有蛋的问题并不是最重要的,而磷酰基参与的化学反应才是生命化学的关键,”赵教授的话显然点出了当今生命化学研究的某种新见解,那么生命有机化学家是怎么想怎么做的呢?带着这些问题,我们专程去上海有机所采访了该所生命有机化学国家重点开放实验室并同实验室主任吴毓林教授作了交谈。
占据了有机所内一幢实验大楼一个楼面的生命有机化学国家重点实验室从外表看上去并不显赫,但从吴教授的介绍中,我们知道该实验室拥有一个由全国第一流的专家组成的学术委员会;拥有一台600兆周的核磁共振仪(NMR)及当今世界先进的四极质谱仪(MS-MS)。据介绍,耗资百余万美元的这台仪器不仅在国内位居第一,而且在全世界也只有二、三十台。吴教授先引我们到实验室内各个课题组走马看花一番。这里每个课题组有一套研究、工作室,这是相对独立的一个小环境。吴教授介绍说,这个实验室有三多:高精度仪器多;国内外科学家来往交流多;博士后和研究生多。初步的印象使我们觉得,这里拥有的科研装备确足以吸引更多的科学家来工作。
回到吴教授的办公室,坐定后,吴教授向我们作了该实验室筹建的学术背景和基本情况介绍。在分子水平上研究和认识生命运动的本质是当前国际上科学研究的一个重要发展方向。而生物体是由有机化合物构成的,有机化学正是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用及有关理论和方法的学科。历史上,有机化学的理论、方法曾为现代生物学和生物技术的建立、发展开辟了道路。今天,从有机化学的角度研究生命运动的本质已成为有机化学家更自觉的行动。美国、日本、欧洲的化学和生命科学的发展规划中都把生命化学研究工作列为重要任务。从吴教授的介绍中我们得知,我国生命化学研究近年来也有很大发展。上海有机所本来有四个室从事这方面的研究,几任所长都在这一领域工作过,如汪猷教授在胰岛素、核酸合成等方面都做了很多工作。除了老科学家外,还有一批中年科研骨干,这些同志在改革开放后先后到国外进修过,因此该所的科研实力在全国有一定的优势,某些方面与国际水平相差不大。由此该所想装备这个实验室,提供一定的条件、经费以保证这支队伍的科研实力。生命有机化学国家重点实验室的筹建申请于1988年10月通过专家组论证,1989年经国家计委批准,三年来国家计委、中科院和有机所本身合计投入近千万元人民币。实验室的承担和依托单位为中科院上海有机所。
在接下来的采访和交谈中,我们对该实验室的研究方向和重点研究领域有了一定的了解。生命有机化学重点实验室主要从事天然产物和生物有机化学前沿的基础性研究,以有机结构分析、有机合成和物理有机化学为主要研究手段,以生命运动过程中具有重要生理功能的有机化合物为对象,开展结构、合成、结构-性能关系的研究以及进一步开展在生物体内动态过程的研究,通过有机合成人工制备这些化合物,并进一步模拟创制类似物,研究它们在生命过程中的作用机制,以便在分子水平上更深入地了解生命现象并进而研究、调控它们所参与的生命过程,为生命科学的进一步发展,为人类的保健事业以及农业生产方面的应用研究开拓道路。目前该实验室的重点研究领域有四个。
1. 生理活性物质研究方法学,重点是微量、不稳定的生物分子的分离、结构鉴定方法、复杂分子的立体选择性合成方法学的研究;2. 化学信息分子研究,包括发现、分离新的化学信息分子:其结构测定、化学合成及信息传递的机理研究;3. 生物催化体系研究,系指用化学或生物学方法对天然的酶进行修饰、改造,研究其结构-性能关系,获得结构较简单而又能表现酶的催化性质,在某些性质上优于天然酶的有机化合物等:4. 寡糖化学研究,这一研究将能在分子水平上更好地理解“受体”、“免疫”等重要的生物学概念,为免疫学、分子药理学、肿瘤学等提供更精确的微观描述。以上各重点领域中突出的是对大、小分子相互作用的研究。
“您能否举例具体介绍一下您们研究工作的意义”?我们向吴教授请教。吴教授笑而作答:“完全可以。如寡糖化学研究,我们着重研究寡糖和糖蛋白。以前只认为糖是能量的来源,由于缺少必要的化学手段而对糖的进一步的生理功能所知甚少。近年来糖化学的研究在国际上很受重视,现在发现在好多生化反应中(如细胞膜表面的一些反应),糖起了关键作用,如分子识别、细胞功能等。若能将其分子识别的机理搞清楚,那好多药物就将更具针对性,如抗肿瘤药物可以专门攻击癌细胞而不伤及正常细胞。再如化学信息分子研究,通过对某些昆虫、植物的信息素分子的机理研究,将对防治虫害,提高农作物产、质量提供重要支持。”
我们又请吴教授介绍一下核磁共振仪(NMR)在生命化学研究中的作用,因为安装在该实验室的这台600兆周核磁共振仪在一定程度上也成了该实验室学术地位的象征。据介绍,这种核磁共振仪,目前我国只有进口这一台,亚洲也只有日本有。以前我们只听说核磁共振仪用于医学诊断,是一种非常灵敏的诊断装置,但对于它在生命化学中的应用则未有所闻。吴教授很理解我们的心情,他耐心向我们解释说:“从现在来讲,可以说核磁共振仪是研究生物大分子结构最有力的工具。所谓核磁共振是指在适当强度的稳定磁场作用下某些原子核对甚高频电磁波的选择性吸收。测量核磁共振可以了解各种固体和液体分子的结构,可得到如碳、氢、磷、氮等构成生命的基本原子的信号。根据这些原子在分子结构中所处的环境可显示不同的信号,据此可以获得有关这些分子的空间结构的基本数据。我们之所以不惜重金购进这台600兆周核磁共振装置,就是因为凭借这台仪器可以测量到很复杂的分子的结构,而只有测定了一个分子、原子的结构才能真正了解该分子的功能。”
很高兴,我们在这次采访中知悉,虽然这一实验室创建不久,但已有不少国内专家学者来此合作研究,国外也有一些科学家表示了合作研究的意向。如这次当选为中科院学部委员的赵玉芬教授曾两次到该实验室作研究工作。现在他们已收到海外中国留学生的来信,表示愿到他们实验室工作。
我们在与吴教授握别时,请他再展望一下他们实验室的下一步工作。吴教授一边陪我们下楼,一边说:我们有一个10年目标,力图把实验室建成从化学介入生命科学研究领域的一个高水平实验室。既能从事当今生命科学研究所提出的分子水平上的静态和动态的研究课题,又能够利用化学和生物学的一流技术进行生命体某些过程的模拟和调控,以及开展一批具有中国传统和特色的课题研究,到时欢迎你们再来看看。”
采访结束不久,我们获悉国家科委新近搞了一个“攀登计划”,旨在扶持高科技领域中的基础性研究课题。上海有机所的生命有机化学国家重点实验室已被列入这一计划。我们衷心期望吴教授及其同事们在揭示生命科学奥秘的征途中能不断攀登,作出令世人瞩目的成绩。