历史上的今天

60毫克A链、14天的冰箱、48只小白鼠:1965年9月17日清晨那一声“跳了”

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第 一 节清晨的一支试管

1965年9月17日,上海,岳阳路320号。

天刚亮,一间不算宽敞的实验室里,杜雨苍从冰箱里取出一支试管。试管里的东西已经在这里静静放了十四天。他把试管举到眼前,逆着光细看——有闪光。他不敢肯定,又用滴管取了一点样品,放到高倍显微镜下。

视野里,一个个六面体的小晶体,晶莹透明,棱角分明,像碎钻一样沉在溶液当中。

他喊出来了:“我看到了,完美的结晶,我们成功了!”

门外的年轻人一下子涌了进来。中国科学院生物化学研究所——当年上海人就叫它“生化所”——的走廊里,欢呼声炸开。为了这一眼,这群人从1958年夏天干起,整整七年零一个月。

这不是一颗普通的晶体。这是人类第一次用人工方法,合成出一个与天然蛋白质化学结构完全相同、并且具有完整生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。

在场有位叫龚岳亭的科学家,很多年后回忆起这一天的后半段,记住的不是显微镜,而是老鼠:

“当小白鼠开始抽筋乱跳的时候,整个实验室在场的人们都开始欢呼起来,情不自禁地拥抱庆祝,那实在是一个无法用语言来形容的激动时刻。”

为了听见这一声“跳了”,他们用了七年。

第 二 节一间会议室里冒出来的七个字

故事要倒回1958年的夏天。

那年中国科学院生物化学研究所刚成立不久,所长是王应睐。他在一次高级研究人员会议上,请所有人想一个问题:下一阶段,我们做什么样的工作,才算真正的大贡献?

讨论的题目一个个报上来,又一个个被否掉。肿瘤、放射生物学、生物结构……都被认为不合适或者不具备条件。会议室里一时冷了下来,僵在那里。

然后有人开口,说了七个字:

“合成一个蛋白质。”

据在场者的记述,会议室骤然安静。每个人都明白这七个字有多重——那时全世界没有任何一个国家成功合成过蛋白质。如果能人工合成一个有生物活性的蛋白质,就朝着“人工合成生物大分子、进而重组出生命细胞”的终极目标,迈出关键一步。

这不是空想,因为地基刚刚被人打好。1955年,英国化学家弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)花了十年,测出了牛胰岛素全部氨基酸的排列顺序——这是人类第一次完整读出一个蛋白质的“字母表”,桑格因此在1958年拿到诺贝尔化学奖。而牛胰岛素,恰恰是当时唯一被阐明化学结构的蛋白质,也是分子量最小、又有明确生物功能的蛋白质之一:两条链,A链21个氨基酸,B链30个氨基酸,加起来51个;链与链之间靠三对二硫键(六个硫原子)拴在一起。

换句话说,它是整个蛋白质世界里题目最短的那一道。但那年《自然》杂志发表评论泼了冷水:人工全合成胰岛素,“还不是近期所能做到的”。

1958年12月8日到12日,生化所把北京大学的同行请到上海,开了四天胰岛素文献报告会,一条一条分析这件事的重要性、现实性和技术路线。会议结束六天后,项目正式定下来。转过年底,它被列入1959年全国科研计划,拿到一个机密代号:601——意思是“六十年代第一大任务”。

一开始,定的完成期限是二十年。在那个急需要证明点什么的日子里,参与者在会上自己把期限改成了五年。

第 三 节三百人的大兵团,和一个被留下的小组

思路定了,人员的事却差点把项目拖垮。

合成胰岛素要先做出A、B两条肽链,再拼回去。生化所擅长的是生物化学,有机合成经验不足;于是先后请中国科学院有机化学研究所(上海)和北京大学化学系有机教研室合作。北大的邢其毅教授、张滂教授带着陆德培等四位青年教师、季爱雪等四位研究生,再领着十多名有机专业的应届毕业生,一头扎了进来。

到了1959年前后,这件事被组织成一场“大兵团作战”。仅在中科院上海分院,就集中了五家研究所三百多人的队伍;后来又从当年毕业生里挑选了三百多名生物、化学专业的大学生加入。

结果并不好。人一多,链条就长,一个数据传三遍就变了味;又赶上那几年的困难时期,试剂、原料、电力都紧。声势浩大的“大兵团”没能在预期内做出A、B链,最后被叫停。

1961年,聂荣臻到生化所视察,留下一句话,被这批人记了一辈子:

“你们做,再大的责任我们承担,人工合成胰岛素100年也要搞下去。”

真正救了这个项目的是“减法”。1963年,中科院经过调研,决定精简机构、集中力量重点攻关,把原本几百人的队伍压缩到一个二十人左右的精干小组。1964年,中国科学院、教育部出面协调,生物化学研究所、有机化学研究所、北京大学三家重新坐到一起,重新分工:

生化所所长王应睐任协作组组长,有机所所长汪猷任副组长;有机所与北大负责合成A链,生化所负责合成B链,并且承担最后把A、B链拼回活性胰岛素的那一步。

三家坐下来谈的时候,定了一条规矩,后来被反复引用:

“不搞上海的胰岛素,不搞北京的胰岛素,要一心一意搞出中国的胰岛素。”

第 四 节60毫克A链:这门手艺难在哪里

要讲清这一步有多难,得先说清“拆”与“拼”的关系。

蛋白质不是一串随便连起来的珠子,它的氨基酸排成一条链之后,还要折叠成特定的立体形状,才有功能。胰岛素的两条链,就是靠三对二硫键锁在一起的。谁先想到一个笨办法——先把它拆开,再想办法拼回去?

答案是生化所邹承鲁那一组。他们用还原剂把天然的牛胰岛素拆成A链和B链,再用氧化条件让它们重新配对、重新折叠。结果令人震惊:拼回来的东西活性恢复了,结晶形状和天然的一模一样。这件事1959年就在生化所做成了,它证明了一个极重要的道理——一条链的全部信息,就写在氨基酸的排列顺序里。既然天然能拼回去,那么只要人工合成的两条链足够纯,也应当能拼成有活性的蛋白质。

这条路一通,剩下的就全是硬功夫。

1964年8月,生化所成功合成了30个氨基酸的牛胰岛素B链。把它和天然的A链重组折叠,得到了有活性的胰岛素。这一步说明B链是对的。

1965年5月,有机所和北京大学合作,合成了21个氨基酸的A链。把它和天然的B链重组,同样得到了活性。这一步说明A链也是对的。

两条路都通了,只差最后一次把“人工A链”和“人工B链”拼到一起。

就是在这一步上,出现了整个故事里最具体、也最动人的数字:60毫克。

人工合成A链,是在微量条件下做有机化学——几十步反应,一步一步接肽,纯化,测试,每一步都会损失一点,最后攒下来的成品极少。据当年参与协调的丁公量回忆,人工A链的总量“据说只有100多毫克”。第一次试验,就用掉了60毫克。结果杂质偏多,没拿到理想的结晶。

汪猷不肯再给了。这位有机所所长算得很清楚:手里剩的这点A链,如果再一锅泼出去还没结果,就彻底没有了。他坚持暂时封存。

这一逼,反而把年轻人逼出了真本事。杜雨苍他们没有硬缠着要样品,而是回头改进工艺——经过多次模拟实验,他们创出一套“两次抽提的微量操作新方法”,用极少量的样品就能做出更纯的产物,把比活力又提高了三十倍,达到了天然胰岛素的80%以上。也就是说,重组合、半合成,都已经能稳定拿出结晶。

丁公量知道了,跑去汪猷那里“闲聊”,把杜雨苍他们的进展和把握一五一十说了。汪猷听了,说:“他们做得不错,很努力,不简单。现在看来A链可以给他们了。”

但他还是不肯凭一句话松手——他要亲自听汇报、看数据,把每个环节问清楚,确认可靠了,才点头再拨出60毫克A链。

1965年9月3日,杜雨苍用这批来之不易的A链,完成了A链与B链的人工全合成实验。他把合成物放进冰箱,冷藏了十四天。

为什么是十四天?因为最后一步要靠空气和极缓慢的氧化,让两条链上的半胱氨酸自己找到对方、形成那三对二硫键,再折叠成一团正确的形状。这一步急不得,也看不出进度——只能等。冰箱里的那支试管,装着七年,也装着十四天。

第 五 节跳了:48只小白鼠与四遍重复

9月17日清晨,就是开头那一幕。

看到结晶只是第一步。真正的“判决”,要交给动物。人的逻辑可以说服人,身体的反应不会撒谎:胰岛素能让血糖下降,血糖降得太低,动物就会抽筋、惊厥。

这一天,三方的人聚在生化所。只有少数几个人被允许进实验室:北大方面是施溥涛,有机所是张伟君,生化所是杜雨苍等人,其余的人只能在门外等消息。他们给天然胰岛素和人工合成胰岛素分别注射了48只小白鼠,一一记录抽筋的时间和状态。

老鼠跳起来了。

“跳了!跳了!”屋子里一片欢呼。

经过三次不同剂量的注射对照,人工合成胰岛素和天然牛胰岛素的反应完全一致,活力达到天然产品的80%以上。层析、电泳、酶解图谱、免疫性测定……一项项做下来,都证明两者是同一个东西。

为了经得起追问,全合成实验总共重复做了四次,每一次都拿到了与天然胰岛素相同的结晶。化学工业部上海医药工业研究所后来出具了《合成胰岛素惊厥法测定结果》的报告,正式给出活力结论。

1965年11月,三家单位在《科学通报》上发表了人工合成结晶牛胰岛素的简报。同月,国家科学技术委员会在上海组织成果鉴定:由中国科学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位科学家组成鉴定委员会,逐项审查设计方案、试验方法、原始数据和推理过程,最后得出鉴定结论——这是世界上第一个人工全合成的蛋白质。

那份国家鉴定书上,有吴有训、王应睐等22位科学家的亲笔签名。

第 六 节后来:没有拿到的奖,和被保存下来的十页纸

成果是1965年9月做出来的,公开报道却晚了一年多。

1966年12月24日,《人民日报》头版头条报道了我国在世界上第一次人工合成结晶胰岛素。那时的报纸,头版头条是一种极重的待遇。

接下来发生的事,就带着那个年代特有的复杂。

1972年,杨振宁向周恩来提出,愿意向诺贝尔奖委员会推荐中国人工合成胰岛素的成果。考虑到当时的形势,周恩来婉言谢绝了。再往后几年,这件事也没能提到日程上。

1977年6月,钱三强率中国科学院代表团访问澳大利亚。有澳大利亚科学家在同他谈话时说:你们人工合成胰岛素的工作,是应该获得诺贝尔奖的,问题在于你们愿不愿意接受。这句话让钱三强动了念头——不管最终能不能得奖,中国在基础研究上做出这样的成果,应该借这个机会让世界看清楚。

真正的难题随之而来:按诺贝尔奖的规矩,得推一个具体的人。而这项成果是三家单位、三十多人共同完成的,前后参与过的各级人员有几百人之多。1978年12月11日至13日,钱三强主持召开了人工合成胰岛素工作总结评选会议,反复协商后,最终确定推荐自始至终参加B链合成、成绩突出的钮经义。12月25日,钱三强代表中国科学院起草的请示报告送到国务院,一周后获批。推荐材料以最快速度寄给杨振宁,以及同样受诺贝尔奖委员会邀请推荐候选人的美籍华裔科学家王浩;王应睐也作了推荐。

1979年的诺贝尔化学奖,颁给了美国人赫伯特·布朗和德国人格奥尔格·维蒂希。钮经义未能获选。

后来的反思很直白:如果能更早一些申报,如果把申报主体定成个人而不是集体,这块奖牌也许就是中国的了。当然,在那样的年代里,一个人的分量,常常被“集体”两个字盖住。

科学史对这件事另有记账方式。1982年,人工合成牛胰岛素获国家自然科学奖一等奖。更早之前,1979年,这项研究集体代表钮经义被杨振宁等科学家推荐为诺贝尔化学奖候选人这件事本身,已经说明国际同行如何看待它的分量。

2000年,中国科学院上海生物化学研究所把一批档案捐给了中国革命博物馆(今中国国家博物馆)。其中包括那份原始实验记录、《合成胰岛素惊厥法测定结果》报告,以及有22位科学家亲笔签名的国家鉴定书。

那批实验记录只捐了十页,是数以万计的实验记录中极小的一部分。但这十页恰好记着最关键的时刻:

第209、210号记录纸,从最后一步合成一直写到拿到牛胰岛素结晶;第211、217-1号,记着检测结晶活力的过程和结果;第213到217号,从9月21日开始记重复试验——那次重复,再次得到了有生物活性的牛胰岛素蛋白。

第 七 节一个用稿费去无锡旅游的小组

最后说一个很多人不知道的细节。

做B链的那个小组里,有位年轻人叫张申碚。多年后他回忆,那个紧张的年月里,组里也组织过集体活动:全组去无锡旅游,用的是发表论文拿到的稿费。他们挑了一家价格不高的旅行社,平均每人花费人民币16元,三个人住一间房,在太湖边还办了一场打水漂友谊赛。

他还记得1960年聂荣臻接见人工合成胰岛素全体工作人员的那次会议,以及随后上海市招待中国科学院全体学部委员(今天叫院士)的宴会。接见安排在上海友谊电影院的大会议室,时间不长,却很隆重。那是他第一次见到那样大的场面。

十六块钱,三个人一间房,太湖边的水漂——和“人类第一次人工合成蛋白质”这样的字眼放在一起,反差大得让人想笑,又笑不出来。

这就是1965年9月17日清晨,岳阳路320号那个欢腾的实验室里,站着的是一群什么样的人。他们大多二十出头,是刚出校门没几年的毕业生;他们手里只有一支试管、一台显微镜、一冰箱的耐心。他们做出来的那颗六面体结晶,证明了一件朴素得不能再朴素的事:

生命的手艺,是可以被人的手学会的。

而这条路,是从一颗盐粒大小的晶体开始的。

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  1. 清晨的一支试管
  2. 一间会议室里冒出来的七个字
  3. 三百人的大兵团,和一个被留下的小组
  4. 60毫克A链:这门手艺难在哪里
  5. 跳了:48只小白鼠与四遍重复
  6. 后来:没有拿到的奖,和被保存下来的十页纸
  7. 一个用稿费去无锡旅游的小组