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南京大学生命科学学院教授戈惠明:做研究感觉像是“坐山车”
2020/09/08 20:33  新华报业网  

  编者按:中国科学技术协会近日公布了第十六届中国青年科技奖获奖人名单,共产生10名中国青年科技奖特别奖获奖人,和90名中国青年科技奖获奖人选,江苏共有9名青年才俊入选。作为创新先锋的生力军,他们的研究领域是什么,在科技路上怎样前行,我们邀请他们与我们一起分享。

  南京大学生命科学学院教授戈惠明的研究领域是天然药物的发现与合成。这个领域对老百姓来说显得陌生,但其实与人类健康息息相关。

  戈惠明告诉记者,天然药物的研究是一个比较古老的研究领域,通俗地说,就是集成多种现代分离和分析方法,从天然材料如植物、微生物中发现药物分子。诺奖得主屠呦呦,是这个研究领域中的佼佼者,她的主要工作是从黄花蒿里面发现了抗疟疾药物青蒿素。“上个世纪50年代前,一般外伤都可能感染致死,有了抗生素以后外伤感染率大大降低,拯救了很多人生命,而这些抗生素如青霉素、头孢菌素、红霉素等都是微生物所产生的天然化学小分子。”

  读博期间戈惠明就开始了天然药物的研究,他从海南岛特有的坡垒树中发现了一种骨架全新的化学成分,其活性与目前临床抗老年痴呆药物石杉碱甲的效果相当,成果发表在药物化学领域的权威学术杂志上。

  “不管是植物还是微生物,在环境中都要面对各种生物或非生物的胁迫,为适应这种逆境它们会释放一些化学分子,这些化学分子被发现后为人所用,可以开发成抗肿瘤、抗感染等药物。”戈惠明说,直至今天,活性天然产物依然是创新药物研究的重要源泉。

  这个蕴藏惊喜的研究领域却不像表面那么有趣,“可以说是大海捞针、盲人摸象,要找到好东西,还是非常困难的。”戈惠明说,研究人员需要做广泛、大量的筛选工作,才能找到有具体功能、对人类有用的极少数的成分,事实上,已知天然产物经常被重复分离,新活性天然产物的发现效率非常低。

  “随着近年基因测序和分子生物学技术的飞跃发展,我们有了一些新的方法。”戈惠明表示,过去研究者是循着活性找到天然产物的分子,现在他的研究团队很多时候通过基因信息寻找微生物里新颖的药物分子,“基因是产生有用化学物质的遗传基础,像给人类做全基因测序来检测可能的遗传疾病一样,我们给微生物做一个全基因组的测序就能鉴别出它们是否编码潜在的药物分子,从而可更高效的去发现天然产物。”

  除了发现之外,戈惠明的研究工作还包括天然药物的生物合成过程。“有别于很多人工合成的化学分子,它们往往需要高温、高压以及金属催化剂等苛刻的条件,天然药物分子在生物体内的合成是在常温常压下由酶催化合成的,这个过程的阐明,是至关重要的。”“以青蒿素为例,过去,青蒿素还都是靠大量种植黄花蒿并从中提取,需要占用大量的耕地,但现在,科学家了解了合成规律,就可以抽取各种相关基因,放入酵母中,像‘酿酒’一样产生青蒿素。”但是,到底哪些基因、哪些蛋白参与了整个合成的过程,合成的机制是什么?这往往涉及到生物学、化学、工程学、生物信息学等多学科的交叉融合。

  在创新路上跋涉,戈惠明觉得科研创新并没有通用的范式,更没有所谓的秘诀。如果要谈到必要条件的话,戈惠明说,创新是基于原有知识框架上的一种突破,也就是说必须先摸到巨人的肩膀,才有可能站上去。”

  “就个人来说,我博士毕业后发现自己的知识结构有点狭窄,所以我先去了我校做化学全合成的研究组,学习如何通过化学方式合成天然药物,后来又花了三年多在美国Scripps研究所进行天然药物的生物合成研究。”有了这两段博士后的经历,戈惠明感觉知识结构趋于合理,“有传统药物的研究背景,还有化学合成、生物合成的背景,回过头来看,在我们的研究领域这三者其实密不可分。”

  如果不拓展知识框架,研究道路就会越来越窄。戈惠明说,尽管如此,很多研究靠个人单打独斗是很难独立完成的,学科交叉在现代的研究中尤其重要,比如他曾主导的一个关于探索天然药物生物合成机理的研究。“我们和其他不同学科的科研人员一起合作,尤其是结构生物学家和计算化学家等,研究药物合成过程中生化反应,涉及关键酶的结构和催化机理,做了大量的学科交叉,才最终阐明了天然药物合成的整个过程。”

  戈惠明说,“我非常幸运,在求学路上遇到的三位非常优秀的导师;而如今自己作为导师,也遇上了许多非常棒的学生。”然而,求学过程跋涉不易,戈惠明有个获得“优博”的学生,在博士毕业的时候跟他讲,“整个读博的过程像是蜕了一层层皮,但正是这个不断蜕变的过程,使我的知识和能力均获得了极大的提升,一切都是非常值得的。”

  “其实研究工作枯燥的部分就是我们经常面对一些瓶瓶罐罐,不得不去地做大量重复性的劳动,学生们每天做的探索性的实验十有八九是失败。”戈惠明表示,失败是研究的常态,但要努力调整心态,转换思路和研究方法,不断探索,可能会“豁然开朗”柳暗花明又一村,“科研很多时候带来的喜悦和成就感是无可比拟的,但很多时候科研更像过山车一样上上下下,需要适时地调整自己。”

  此次获得奖励,戈惠明表示更多是一种激励,“对我们做基础研究的而言,很多意义和应用并不是马上能看到的,我感觉自己距离成功和突破也是比较远的,还得加倍努力。”戈惠明表示,天然产物的研究既有很多新方法,也面临很多困境,“比如超级细菌的出现如何克服,现有的抗生素对他们很大程度上是无力的。我们需要努力地发现更多药物分子,一方面是改造原来的抗生素,另一方面是发现一些全新的抗生素,对抗各种各样新出现的疾病。”

  交汇点记者 杨频萍

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责编:顾志铭

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