一名孜孜不倦的青年化學家,用天馬行空的想象,找到人類研究酶的一條新通道。

不久前,經多位國際頂級專家評審,戈鈞成為清華大學化工系的長聘副教授。專家認為,他創造性地找到提高細胞外酶的活性和穩定性的新方法,其研究成果將有力地促進生物催化和醫學檢測等領域的發展。

“美麗的發現”或能改變世界

奮斗要從6年前說起。時年29歲的美國斯坦福大學博士后戈鈞,突然產生了一個大膽的設想。

他到實驗室將這個設想進行了實施:選擇一種酶,加入銅離子,混合后放入水溶液中。

幾天后,戈鈞拿起試驗瓶子,仔細端詳,發現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,在微觀世界,顯得無比壯麗。

戈鈞立刻將這個“美麗的發現”告訴自己的導師理查德·杰爾教授。杰爾教授十分興奮,他告訴戈鈞:“你可能發現了一種物質存在的新形式。”

在導師的鼓勵下,戈鈞沒有放過這個偶然發現。多次實驗后,戈鈞發現,通過無機晶體的限域包埋,這些穿上了堅硬外衣的酶,穩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的催化劑,是生命的重要基礎,但她卻十分嬌氣,穩定性比較差。一旦離開生命體細胞微環境,極易失活。在無細胞的人工環境下,如何讓酶穩定發揮作用?這個問題困擾科學家多年。

戈鈞將他的發現發表在《自然·納米技術》期刊上,迅速引起國內外研究者的廣泛關注。美國麻省理工學院主辦的《技術評論》雜志公布2015年度35歲以下“世界杰出青年創新家”獲獎名單,清華大學化工系副教授戈鈞入選。

專家認為,戈鈞的研究向世界展示了如何采用簡便但有效的方法穩定酶分子,為酶催化劑在未來的醫藥化學品制備和醫學檢測等方面的應用提供了新途徑,他的發現或能改變世界。

博士后研究一結束,戈鈞就帶著懷孕的妻子回到了祖國。有人說,他完全可以等孩子出生再回國。可戈鈞覺得:“孩子生在中國挺好。國內很多大學的科研條件早已超過了國外,無須眷戀。”

歷經百年的科研:為嬌氣的酶尋找合適的鎧甲

酶與人的生命及人類的生活息息相關。

“當你一說一動時,身體中都會有無數酶分子在催化著生化反應。”戈鈞說,“在生活中,即使你不了解酶,但應該聽說過加酶洗衣粉,也知道身體因缺少某種酶而喝酒臉紅。”

人類對于酶的研究,已歷時一個多世紀。

1897年,德國化學家愛德華·比希納發現無細胞發酵,由此開創了體外酶催化的研究,他于1907年獲諾貝爾化學獎。

酶催化經百余年發展,在工業領域發揮著重要作用。據不完全統計,迄今已有超過4000種酶得到分離鑒定,幾百種酶被應用于食品、飼料、制藥、醫療、紡織、日用品等行業中。

盡管如此,人類對于酶的研究還遠沒有窮盡。

為什么酶在細胞環境中能很好發揮作用,一旦離開細胞,就容易失活?如何采用化學方法去模擬細胞的結構與微環境,提高人工環境中酶的穩定性?

“源于自然,高于自然。”戈鈞說,在電鏡下發現的“花”,實際上是無機晶體材料和酶的復合物。“形象地說,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境,如高溫、有機溶劑等導致天然酶失活的因素,使其穩定性得到提高。”

回國5年來,戈鈞帶領著學生們,孜孜不倦地從事著無機晶體包埋酶的研究。

“他比學生還勤奮。”博士生吳曉玲說,“只要不出差,他通常早上7點多就會來到實驗室,直到晚上10點左右才離開,天天如此。”

“我的發現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,期望進一步拓展和應用。”戈鈞說。

科學需要天馬行空的想象

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

“設想要大膽且創新,求證要縝密且嚴謹。”碩士生張原宇說,他總是鼓勵學生將兩個看似毫無關聯的東西結合到一起,如將酶催化與感光材料結合起來研究。

“腦洞再開大一點,天馬行空地去想。”博士生黎曉陽說,“他總是強調,一時的靈感與長期的積累同樣重要,不要輕易放過一些意外細節,那往往是重要的新發現。”

年僅35歲的戈鈞,已是酶催化領域有國際影響的知名科學家,也是國家優秀青年科學基金獲得者。

“性格溫和,不張揚,但在國際學術舞臺卻十分自信。”清華大學化學工程系黨委副書記王亭杰教授說,戈鈞心無旁騖,扎實敬業,是新時代歸國知識青年的典型代表,“現在有這樣一批年輕人,他們胸懷理想,有抱負,即使國外條件再好,也一門心思想著回國。在他們的骨子里,回國更能做成事,做大事。”(記者:陳芳 劉宏宇 董瑞豐)