一名孜孜不倦的青年化學(xué)家,用天馬行空的想象,找到人類(lèi)研究酶的一條新通道。

不久前,經(jīng)多位國(guó)際頂級(jí)專(zhuān)家評(píng)審,戈鈞成為清華大學(xué)化工系的長(zhǎng)聘副教授。專(zhuān)家認(rèn)為,他創(chuàng)造性地找到提高細(xì)胞外酶的活性和穩(wěn)定性的新方法,其研究成果將有力地促進(jìn)生物催化和醫(yī)學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域的發(fā)展。

“美麗的發(fā)現(xiàn)”或能改變世界

奮斗要從6年前說(shuō)起。時(shí)年29歲的美國(guó)斯坦福大學(xué)博士后戈鈞,突然產(chǎn)生了一個(gè)大膽的設(shè)想。

他到實(shí)驗(yàn)室將這個(gè)設(shè)想進(jìn)行了實(shí)施:選擇一種酶,加入銅離子,混合后放入水溶液中。

幾天后,戈鈞拿起試驗(yàn)瓶子,仔細(xì)端詳,發(fā)現(xiàn)瓶子底部有一些異樣沉淀物,便決定將它們拿到電鏡下仔細(xì)觀察。

在電鏡下,戈鈞驚呆了:一朵朵灰白色的“牡丹花”有序而鮮艷地盛開(kāi),在微觀世界,顯得無(wú)比壯麗。

戈鈞立刻將這個(gè)“美麗的發(fā)現(xiàn)”告訴自己的導(dǎo)師理查德·杰爾教授。杰爾教授十分興奮,他告訴戈鈞:“你可能發(fā)現(xiàn)了一種物質(zhì)存在的新形式?！?/p>

在導(dǎo)師的鼓勵(lì)下,戈鈞沒(méi)有放過(guò)這個(gè)偶然發(fā)現(xiàn)。多次實(shí)驗(yàn)后,戈鈞發(fā)現(xiàn),通過(guò)無(wú)機(jī)晶體的限域包埋,這些穿上了堅(jiān)硬外衣的酶,穩(wěn)定性比之前得到了顯著提高,一些酶甚至獲得了比之前更好的活性。

酶是生物體代謝中各種生化反應(yīng)的催化劑,是生命的重要基礎(chǔ),但她卻十分嬌氣,穩(wěn)定性比較差。一旦離開(kāi)生命體細(xì)胞微環(huán)境,極易失活。在無(wú)細(xì)胞的人工環(huán)境下,如何讓酶穩(wěn)定發(fā)揮作用?這個(gè)問(wèn)題困擾科學(xué)家多年。

戈鈞將他的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》期刊上,迅速引起國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。美國(guó)麻省理工學(xué)院主辦的《技術(shù)評(píng)論》雜志公布2015年度35歲以下“世界杰出青年創(chuàng)新家”獲獎(jiǎng)名單,清華大學(xué)化工系副教授戈鈞入選。

專(zhuān)家認(rèn)為,戈鈞的研究向世界展示了如何采用簡(jiǎn)便但有效的方法穩(wěn)定酶分子,為酶催化劑在未來(lái)的醫(yī)藥化學(xué)品制備和醫(yī)學(xué)檢測(cè)等方面的應(yīng)用提供了新途徑,他的發(fā)現(xiàn)或能改變世界。

博士后研究一結(jié)束,戈鈞就帶著懷孕的妻子回到了祖國(guó)。有人說(shuō),他完全可以等孩子出生再回國(guó)。可戈鈞覺(jué)得:“孩子生在中國(guó)挺好。國(guó)內(nèi)很多大學(xué)的科研條件早已超過(guò)了國(guó)外,無(wú)須眷戀?！?/p>

歷經(jīng)百年的科研:為嬌氣的酶尋找合適的鎧甲

酶與人的生命及人類(lèi)的生活息息相關(guān)。

“當(dāng)你一說(shuō)一動(dòng)時(shí),身體中都會(huì)有無(wú)數(shù)酶分子在催化著生化反應(yīng)?！备赈x說(shuō),“在生活中,即使你不了解酶,但應(yīng)該聽(tīng)說(shuō)過(guò)加酶洗衣粉,也知道身體因缺少某種酶而喝酒臉紅?！?/p>

人類(lèi)對(duì)于酶的研究,已歷時(shí)一個(gè)多世紀(jì)。

1897年,德國(guó)化學(xué)家愛(ài)德華·比希納發(fā)現(xiàn)無(wú)細(xì)胞發(fā)酵,由此開(kāi)創(chuàng)了體外酶催化的研究,他于1907年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

酶催化經(jīng)百余年發(fā)展,在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),迄今已有超過(guò)4000種酶得到分離鑒定,幾百種酶被應(yīng)用于食品、飼料、制藥、醫(yī)療、紡織、日用品等行業(yè)中。

盡管如此,人類(lèi)對(duì)于酶的研究還遠(yuǎn)沒(méi)有窮盡。

為什么酶在細(xì)胞環(huán)境中能很好發(fā)揮作用,一旦離開(kāi)細(xì)胞,就容易失活?如何采用化學(xué)方法去模擬細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與微環(huán)境,提高人工環(huán)境中酶的穩(wěn)定性?

“源于自然,高于自然?！备赈x說(shuō),在電鏡下發(fā)現(xiàn)的“花”,實(shí)際上是無(wú)機(jī)晶體材料和酶的復(fù)合物?！靶蜗蟮卣f(shuō),就是給酶分子穿上衣服或鎧甲,這樣就可以抵抗外界不利的環(huán)境,如高溫、有機(jī)溶劑等導(dǎo)致天然酶失活的因素,使其穩(wěn)定性得到提高?！?/p>

回國(guó)5年來(lái),戈鈞帶領(lǐng)著學(xué)生們,孜孜不倦地從事著無(wú)機(jī)晶體包埋酶的研究。

“他比學(xué)生還勤奮。”博士生吳曉玲說(shuō),“只要不出差,他通常早上7點(diǎn)多就會(huì)來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,直到晚上10點(diǎn)左右才離開(kāi),天天如此。”

“我的發(fā)現(xiàn)只是提供一種可行的新方法,仍不能包治百病,所以研究還得繼續(xù),期望進(jìn)一步拓展和應(yīng)用。”戈鈞說(shuō)。

科學(xué)需要天馬行空的想象

“科學(xué)需要天馬行空的想象。”戈鈞常常告訴弟子,做前沿科學(xué)探索,要嘗試從不同角度、在更大視野下去創(chuàng)造性思考問(wèn)題。

“設(shè)想要大膽且創(chuàng)新,求證要縝密且嚴(yán)謹(jǐn)?！贝T士生張?jiān)钫f(shuō),他總是鼓勵(lì)學(xué)生將兩個(gè)看似毫無(wú)關(guān)聯(lián)的東西結(jié)合到一起,如將酶催化與感光材料結(jié)合起來(lái)研究。

“腦洞再開(kāi)大一點(diǎn),天馬行空地去想?！辈┦可钑躁?yáng)說(shuō),“他總是強(qiáng)調(diào),一時(shí)的靈感與長(zhǎng)期的積累同樣重要,不要輕易放過(guò)一些意外細(xì)節(jié),那往往是重要的新發(fā)現(xiàn)。”

年僅35歲的戈鈞,已是酶催化領(lǐng)域有國(guó)際影響的知名科學(xué)家,也是國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。

“性格溫和,不張揚(yáng),但在國(guó)際學(xué)術(shù)舞臺(tái)卻十分自信?！鼻迦A大學(xué)化學(xué)工程系黨委副書(shū)記王亭杰教授說(shuō),戈鈞心無(wú)旁騖,扎實(shí)敬業(yè),是新時(shí)代歸國(guó)知識(shí)青年的典型代表,“現(xiàn)在有這樣一批年輕人,他們胸懷理想,有抱負(fù),即使國(guó)外條件再好,也一門(mén)心思想著回國(guó)。在他們的骨子里,回國(guó)更能做成事,做大事?！?記者:陳芳 劉宏宇 董瑞豐)