打造“超级酶”梦工厂 ——记中国科学院天津工业生物技术研究所孙周通研究员
2019/2/18 20:01:29 中国科学院北京分院

     36岁的孙周通是中国科学院天津工业生物技术研究所的研究员,在生物合成和酶催化研究的跑道上,他从未停下脚步。

    

     △ 孙周通研究员

     归国两年多,孙周通已申请国家级专利5项,发表高影响力研究论文数十篇。在2018新年前夕,他和团队在环氧水解酶设计改造与手性催化机制解析方面做出的最新研究成果,发表在《美国化学会志》(JACS)上,为该类酶开展人工设计与应用打下了重要理论基础;同时在醇脱氢酶与羧酸还原酶的设计改造应用与重要医药中间体合成方面也取得了重要进展;刚刚跨入2019,他的团队又传来喜讯,他与合作者联合,在国际顶级化学学术期刊《化学综述》(Chemical Reviews)发表了关于B-factor(温度因子)应用于蛋白质动态行为与设计改造研究的前沿综述文章。

     专注研究神奇“口袋”

     孙周通最早的研究方向是微生物代谢工程,直到来到德国马普煤炭研究所做博士后,了解到德国在生物催化和生物合成技术产业化方面的研究居于世界前沿,他就把研究方向和重点逐渐转向了生物合成研究。

     提到自己的研究方向,孙周通变得兴奋起来,“我很幸运,有幸师从诺奖级大师Manfred T. Reetz教授,从事生物酶的定向进化方法研究,借助计算机辅助设计,对生物催化剂——酶进行设计改造。”对于孙周通来说,2018年是值得纪念的一年,诺贝尔化学奖颁给了他所从事的研究方向,他本人也受到国内外多家杂志的邀请参与撰写关于“酶定向进化”的综述文章及诺贝尔奖的成果解读。

     孙周通把自己做的工作称为“口袋工程”。酶是三维的空间结构,每个酶都会有一个催化的位点,研究人员习惯称之为“口袋”。“口袋”大小会有变化,形状一变,生物酶的“手性”也会改变,催化效率和产生的功效也大不一样。孙周通的工作主要是研究如何改变“口袋”的形状,从而改变酶的手性,进而产生不同的催化反应。

     说到这里,孙周通把自己的左右手叠加放到一起,解释道:“人有左右手,但永远不能重合,这是镜像关系。研究手性,其实就是研究酶的镜像关系。我要做的就是要改变酶的性能和结构,让它们更好地服务于我们的生产生活。”

     把目标贴在墙上

     在孙周通的办公室里,最醒目的是墙上贴的一张超大图表,上面标注了2015年以来世界最好的200种合成药物的名称。

     “这就是我们团队奋斗的目标。”孙周通指着那张图表说,“这都是现今最好的化学合成药物,但这些药基本被全球顶尖的医药巨头企业所垄断,国内很多企业只能为这些巨头企业提供原料和中间体,我们正在努力用我们的科技研发来改变这种格局。”

     2016年,刚从德国马普煤炭研究所回国,他就将这张图表贴到了墙上,时刻提醒自己。“中国要做大做强,得有自己的核心技术,我们现在是想怎样通过我们的研究去突破卡脖子技术,不再受制于人!”说起这话时,孙周通的眼神中透露出一抹自信和坚定。

     注重“应用”的冲锋者

     “高效率”、“工作狂”、“有胆魄”、“冲劲十足”……这是孙周通的团队成员给他贴的标签。

     曲戈博士在孙周通研究组成立的第一天便加入了团队,见证了团队的一步步成长。“孙老师做学问往往于不疑处存疑,做事情心思缜密又不拘一格,是位干大事的人”。曲戈说,共同的科研追求,成为了整个团队砥砺前行的不竭动力。

     “当时我有很多选择,但跟孙老师谈过后,我就义无反顾的加入了孙老师的团队。”张锟在孙周通团队做博士后研究,谈起孙周通,他难掩敬佩,“孙老师是一个很‘厉害’的人,很有一套。他回国时间虽然不长,但建起了一个‘高配置’的实验室,领域内涉及到的相关学科和技术在这里实现了有效的交叉融合,再加上敢拼敢闯的精神,想不出成果都难。”

     但在孙周通看来,“成果”并不仅仅是发文章,科学研究只有与实际应用相结合,才是真正有价值的。

     众所周知,在目前的技术水平下,获取医药中间体离不开化学合成方法,而这种方法容易产生大量废气、废水。“通过对酶的设计改造,提高酶的催化效率,做出最好的生物催化剂,合成高附加值医药中间体,不仅能够大幅降低企业能耗、减少污染,还有助于形成新的经济增长点。”说话时,孙周通又扭头看了一眼办公桌侧面墙上的图表。

     为了自己的科研梦想,孙周通乐此不疲的泡在实验室和办公室里面。“我们的研究技术早一天走向国民经济主战场,就能早一点应用,也可更早创造经济社会效益。”孙周通说。

     “超级酶”梦工厂

     在孙周通的实验室里贴着一张大海报,醒目的写着“工业酶精准设计—打造超级酶梦工厂”。一边是理论计算,一边是实验设计。“我们要把理论计算与实验设计相结合,加速生物催化剂的设计研发。”孙周通说。

     “希望有朝一日自己能设计一种超级工业酶。”孙周通在心中不止一次的描绘着:这种“超级酶”不惧怕酸碱、高温、高盐以及有机溶剂等苛刻的工业环境,它皮实、高效,稍微改变它的“口袋”,在催化合成不同物质时就能发挥出不一样的作用……

     “科学研究要面向国民经济主战场。”孙周通反复提到这句话,“在德国期间,我偏重基础理论研究,现在回到祖国,研究要更贴近工业应用。如有可能,我愿意在酶的高效利用和工业化应用这条跑道上,一直跑下去,为中国的科技强国梦贡献力量!”

     (作者:孙玉松,孙周通,冯毅飞)

     来源:中科院天津工业生物技术研究所供稿

    

    

    

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