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[交流] 《科学时报》创新中国科学成就：生命科学领

《科学时报》创新中国科学成就：生命科学领

新中国科学成就一：人工合成胰岛素
      1965年9月17日，我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成，这是世界上第一次人工合成多肽类生物活性物质。蛋白质研究一直被喻为破解生命之谜的关节点。胰岛素是蛋白质的一种。而胰岛素的人工合成，标志着人类在揭开生命奥秘的道路上又迈出了一步。这一成果也是中国科学家与诺贝尔奖零距离接触的重要成果。

      1958年，中国科学院在王应睐、曹天钦、邹承鲁、钮经义、沈昭文等先生的带领下，提出了“世界上第一次用人工方法合成的蛋白质在中华人民共和国实现”的宏伟目标。这一建议立即得到国家和上级领导的大力支持。1958年12月底，我国正式启动人工合成胰岛素课题。

      然而在1958年，有关蛋白质的研究领域集中于它们的生物功能、物化性质，对结构—功能关系的了解不够深入，对化学合成蛋白质则更是知之不多，充满着“神秘色彩”。我国选定胰岛素作为人工合成蛋白质的对象时，究竟有没有可能实现，还是一个未知数。例如，必须解决胰岛素分子中三个硫硫键拆开后能否再重合成原来的胰岛素，因为它是双链的蛋白质分子。这一问题能否解决关系到合成方案的选择。

      1959年初，人工合成胰岛素的工作全面展开。首先是由钮经义、沈昭文、龚岳亭几位研究人员组织有关人员解决了氨基酸的大量供应的问题。天然胰岛素的拆合工作在邹承鲁的指导下几经波折得以解决，为全合成胰岛素奠定了基础……

      经过短短7年时间，1965年，我国科学家终于完成了结晶牛胰岛素的合成，它有着极为深远的意义。由于蛋白质和核酸两类生物高分子有生命现象中所起的主要作用，人工合成了第一个具有生物活力的蛋白质，便突破了一般有机化合物领域到信息量集中的生物高分子领域之间的界限，在人类认识生命现象的漫长过程中迈出了重要的一步。最后，合成胰岛素工作的简报发表于1965年《中国科学》(Science  China)。

      胰岛素的全合成开辟了人工合成蛋白质的时代。结构与功能研究、晶体结构测定等结构生物学亦从此开始。多肽激素与类似物的合成，在阐明作用机理方面提供了崭新的有效途径，并为我国多肽合成制药工业打下了牢固的基础。

      由于生物化学与分子生物学发展史上几个里程碑的工作都是以胰岛素为对象的，不少科学家因此而获得诺贝尔奖。例如，Banting和Best于1921年发现的胰岛素为第一个蛋白质激素，可作为治疗糖尿病的特效药物，因此获得诺贝尔奖。1966年，胰岛素工作发表后，也在国际上引起极大轰动，有上百名著名科学家来信祝贺。英国电视台在黄金时间播出了中国成功合成人工结晶胰岛素的消息，《纽约时报》也用大篇幅报道了这一消息。它被认为是继“两弹一星”之后我国的又一重大科研成果。

创新中国科学成就二：合成酵母丙氨酸转移核糖核酸

      核酸和蛋白质是生物体内最重要的物质基础。生命活动主要通过蛋白质来体现，生物的遗传特征则主要由核酸决定。没有核酸和蛋白质，就没有生命。

      酵母丙氨酸转移核糖核酸(tRNA)具有完全的生物活性，既能接受丙氨酸，又能将所携带的丙氨酸参入到蛋白质的合成体系中，因此在蛋白质生物合成中有着重要作用。而用合成方法改变tRNA的结构以观察对其功能的影响，又是研究tRNA结构与功能的最直接手段，在科学上特别是在生命起源研究上具有重大意义。

      tRNA由76个核苷酸组成，其中除了4种常见的核苷酸外，还有7种稀有核苷酸。

      tRNA最早由赞米尼克发现。1958年，他把家兔肝细胞分解物进行超速离心，在上清液中发现了tRNA。1965年，美国科学家霍利等人确定了tRNA的全部核苷酸顺序。

      我国科学工作者自1965年开始开展人工合成tRNA的研究工作，由中科院上海生物化学所、细胞生物学所、有机化学所、生物物理所和北京大学、上海试剂二厂等单位联合攻关。研究人员通过13年努力，历经无数次试验，利用化学和酶促相结合的方法，先合成了几十个长度为2～8个核苷酸的寡核苷酸，然后用T4RNA连接酶连接成6个大片段，长度为9～19个核苷酸，再接成两个半分子，长度分别为35和41个核苷酸。最后，于1981年经氢键配对，T4RNA连接酶连接，在世界上首次人工合成了76核苷酸的整分子酵母丙氨酸tRNA。在世界上首次成功地人工合成化学结构与天然分子完全相同，并具有生物活性的核酸大分子——tRNA，标志着中国在该领域进入世界先进行列。

      该工作完成后，先以简报形式在《科学通报》第27卷第2期(1982年)上发表。论文全文在《中国科学》发表后，美国Chemical  Abstracts也迅速发表摘要。欧、美、亚十多个国家近百人来信索取抽印件。

      这项成果获得1984年中科院重大科技成果奖一等奖，1987年国家自然科学奖一等奖和陈嘉庚生命科学奖。

创新中国科学成就三：超级稻，养活中国人

      超级稻计划又叫水稻超高产育种计划，最早由日本于1980年提出，是国内外农业专家们梦寐以求、力图攻克的世界难题。

      中国超级稻计划始于1996年，起步虽晚却进展迅速。通过中国水稻研究所和湖南杂交水稻研究中心等全国十余家科研单位协作攻关，以及农技推广部门的积极配合，我国超级稻研究已取得重大进展。1997年以来，共有7个常规品种和44个杂交组合通过了省级或全国品种审定，累计推广面积达400万平方米，单产比现在生产上推广的品种增产15％以上。以两优培九、协优9308、汕优明86、沈农606等为代表的超级稻，大面积推广种植亩产可达600公斤以上，百亩和千亩连片示范亩产可达700公斤以上。同时，研究人员育成了配合力强的7个不育系和14个恢复系，同时还选育了一批特异材料。这些新材料的创制为下一步超级稻选育打下了坚实基础。

      早在1997年，我国科学家就在世界上首次成功构建了水稻基因组物理全图。中国科学院于2001年9月启动了超级稻计划的“姊妹计划”——“水稻基因组测序和重要农艺性状功能基因组研究”。作为中国科学院知识创新工程重大行动计划的第一批项目，该项目集中了中科院基因组研究的主要力量，以遗传与发育生物学研究所为依托单位，参加单位包括中国科学院国家基因研究中心、中国科学院基因组信息中心暨北京华大基因组中心、植物研究所和上海植物生理生态研究所等。

      2002年，我国科学家率先绘制出了水稻基因组精细图和水稻第四号染色体精确测序图，使人类在揭示水稻遗传奥秘上又迈出重要一步。2003年，中国科学家发现了控制水稻分蘖的基因，并成功分离和克隆了这一基因，在水稻分蘖分子调控机理方面取得重大突破，为人类最终揭示水稻高产的分子奥秘作出了重要贡献。2005年，由中国科学家参与的历时6年的绘制“水稻基因组序列全图”工作圆满结束，全图不仅定位了水稻中的37500个基因，而且还率先在动植物中完成了对着丝粒的测序。

      值得一提的是，在海峡两岸科学家的共同努力下，我国在国际水稻基因研究中的贡献率已达20%，可以说在国际水稻基因研究领域，中华儿女共同谱写了属于自己的辉煌篇章。

创新中国科学成就四：人类基因组计划解生命密码

      “人类基因组计划”与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”一起，并称为人类自然科学史上的“三大计划”，是人类文明史上最伟大的科学创举之一。

      于1990年正式启动的“人类基因组计划”是一项举世瞩目、越国界、跨世纪的科学壮举，其核心内容是测定人基因组的全部DNA序列，从而获得人类自身最重要的遗传信息，实现人类对自身认识的一次最重大飞跃。

      1997年11月，杨焕明、汪建、于军、刘斯奇等海外学子，为中国基因组科学的腾飞从世界各地走到一起，他们落户于中国科学院遗传研究所，成立了人类基因组中心。1999年6月26日，该中心正式提出加入国际“人类基因组计划”的申请，7月在国际人类基因组注册。9月国际“人类基因组计划”协作组公布中国正式加入国际“人类基因组计划”，继美、英、法、德、日之后，中国成为人类基因组计划的第六个参与国。

      但此时，情势非常紧迫。有人说：“中国已成为‘人类基因组计划’的最后一位贡献者。”这时距完成人类基因组工作框架图只剩半年时间。中国的任务是完成人类3号染色体上约3000万个碱基对的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1%。作为1%测序任务的主要承担单位——北京华大基因研究中心于1999年7月14日才正式成立。华大基因研究中心与国家基因组南北方中心密切合作，在短短6个月时间里，走过了国外积累10年的历程，终于在2000年年初完成了1%基因组序列工作框架图。

      2000年6月26日，参与国际人类基因组计划的美、英、德、日、法、中六国联合宣布，人类基因组工作框架图已经绘制完成，这是人类历史上“值得载入史册的一天”。2001年8月26日，国际“人类基因组计划”中国部分“完成图”提前两年高质量地绘制完成。

      1%人类基因组测序是我国基因组学研究的新起点。此后，中国科学家承担了国际“人类单体型图计划”10%的任务。2007年10月11日，深圳华大基因研究院又完成了全球第一个中国人的基因组测序，绘制了第一张亚洲人的基因组图，成为用新一代测序技术独立完成的中国人全基因组图谱，实现了跨越发展。

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