一名孜孜不倦的青年化学家,用天马行空的想象,找到人类研究酶的一条新通道。

不久前,经多位国际顶级专家评审,戈钧成为清华大学化工系的长聘副教授。专家认为,他创造性地找到提高细胞外酶的活性和稳定性的新方法,其研究成果将有力地促进生物催化和医学检测等领域的发展。

“美丽的发现”或能改变世界

奋斗要从6年前说起。时年29岁的美国斯坦福大学博士后戈钧,突然产生了一个大胆的设想。

他到实验室将这个设想进行了实施:选择一种酶,加入铜离子,混合后放入水溶液中。

几天后,戈钧拿起试验瓶子,仔细端详,发现瓶子底部有一些异样沉淀物,便决定将它们拿到电镜下仔细观察。

在电镜下,戈钧惊呆了:一朵朵灰白色的“牡丹花”有序而鲜艳地盛开,在微观世界,显得无比壮丽。

戈钧立刻将这个“美丽的发现”告诉自己的导师理查德·杰尔教授。杰尔教授十分兴奋,他告诉戈钧:“你可能发现了一种物质存在的新形式。”

在导师的鼓励下,戈钧没有放过这个偶然发现。多次实验后,戈钧发现,通过无机晶体的限域包埋,这些穿上了坚硬外衣的酶,稳定性比之前得到了显著提高,一些酶甚至获得了比之前更好的活性。

酶是生物体代谢中各种生化反应的催化剂,是生命的重要基础,但她却十分娇气,稳定性比较差。一旦离开生命体细胞微环境,极易失活。在无细胞的人工环境下,如何让酶稳定发挥作用?这个问题困扰科学家多年。

戈钧将他的发现发表在《自然·纳米技术》期刊上,迅速引起国内外研究者的广泛关注。美国麻省理工学院主办的《技术评论》杂志公布2015年度35岁以下“世界杰出青年创新家”获奖名单,清华大学化工系副教授戈钧入选。

专家认为,戈钧的研究向世界展示了如何采用简便但有效的方法稳定酶分子,为酶催化剂在未来的医药化学品制备和医学检测等方面的应用提供了新途径,他的发现或能改变世界。

博士后研究一结束,戈钧就带着怀孕的妻子回到了祖国。有人说,他完全可以等孩子出生再回国。可戈钧觉得:“孩子生在中国挺好。国内很多大学的科研条件早已超过了国外,无须眷恋。”

历经百年的科研:为娇气的酶寻找合适的铠甲

酶与人的生命及人类的生活息息相关。

“当你一说一动时,身体中都会有无数酶分子在催化着生化反应。”戈钧说,“在生活中,即使你不了解酶,但应该听说过加酶洗衣粉,也知道身体因缺少某种酶而喝酒脸红。”

人类对于酶的研究,已历时一个多世纪。

1897年,德国化学家爱德华·比希纳发现无细胞发酵,由此开创了体外酶催化的研究,他于1907年获诺贝尔化学奖。

酶催化经百余年发展,在工业领域发挥着重要作用。据不完全统计,迄今已有超过4000种酶得到分离鉴定,几百种酶被应用于食品、饲料、制药、医疗、纺织、日用品等行业中。

尽管如此,人类对于酶的研究还远没有穷尽。

为什么酶在细胞环境中能很好发挥作用,一旦离开细胞,就容易失活?如何采用化学方法去模拟细胞的结构与微环境,提高人工环境中酶的稳定性?

“源于自然,高于自然。”戈钧说,在电镜下发现的“花”,实际上是无机晶体材料和酶的复合物。“形象地说,就是给酶分子穿上衣服或铠甲,这样就可以抵抗外界不利的环境,如高温、有机溶剂等导致天然酶失活的因素,使其稳定性得到提高。”

回国5年来,戈钧带领着学生们,孜孜不倦地从事着无机晶体包埋酶的研究。

“他比学生还勤奋。”博士生吴晓玲说,“只要不出差,他通常早上7点多就会来到实验室,直到晚上10点左右才离开,天天如此。”

“我的发现只是提供一种可行的新方法,仍不能包治百病,所以研究还得继续,期望进一步拓展和应用。”戈钧说。

科学需要天马行空的想象

“科学需要天马行空的想象。”戈钧常常告诉弟子,做前沿科学探索,要尝试从不同角度、在更大视野下去创造性思考问题。

“设想要大胆且创新,求证要缜密且严谨。”硕士生张原宇说,他总是鼓励学生将两个看似毫无关联的东西结合到一起,如将酶催化与感光材料结合起来研究。

“脑洞再开大一点,天马行空地去想。”博士生黎晓阳说,“他总是强调,一时的灵感与长期的积累同样重要,不要轻易放过一些意外细节,那往往是重要的新发现。”

年仅35岁的戈钧,已是酶催化领域有国际影响的知名科学家,也是国家优秀青年科学基金获得者。

“性格温和,不张扬,但在国际学术舞台却十分自信。”清华大学化学工程系党委副书记王亭杰教授说,戈钧心无旁骛,扎实敬业,是新时代归国知识青年的典型代表,“现在有这样一批年轻人,他们胸怀理想,有抱负,即使国外条件再好,也一门心思想着回国。在他们的骨子里,回国更能做成事,做大事。”(记者:陈芳 刘宏宇 董瑞丰)