閻錫蘊:發現納米酶的祕密

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閻錫蘊,中國科學院生物物理研究所研究員、研究組組長,中國科學院大學教授。她領導的團隊於2007年發現納米酶。隨後,該研究獲得國家自然科學獎二等獎、Atlas國際獎。2015年當選中國科學院院士,同年當選亞洲生物物理聯盟主席。


從翻砂工到留德生

1977年前,閻錫蘊進入一家工廠,在那裡當了4年的翻砂工。這是一個典型的重體力勞動崗位,很多人都難以承受,但她吃苦耐勞,到就業第四年的時候,已經被晉升為三級工。


1977年,閻錫蘊參加了高考,並考入河南醫學院。1983年畢業後,她被分配到中日友好醫院。為了提高科研能力,她來到中國科學院生物物理所實習。遇到了時任所長貝時璋,她的人生從此被改變。


大美·中國女科學家 |閻錫蘊:發現納米酶的秘密

閻錫蘊(左)與貝時璋的合影及題字


因為之前的經歷,加之在大學期間主修醫學,閻錫蘊的分子生物學基礎並不好。因此,初到生物物理所的她,只能從消毒、準備器械這些與醫學沾點邊的事情幹起。過了不久,實驗室的一位研究人員生病休假,貝時璋和其他一些研究者決定讓閻錫蘊臨時接棒,負責實驗操作任務。閻錫蘊戰戰兢兢地接下這個任務,並且讓實驗達到了預期目標。通過這次嘗試科學實驗的經歷,她發現了做科研挺有趣的。


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閻錫蘊的大學時代


轉眼之間,一年多的實習期結束了,閻錫蘊和所長貝時璋長談了幾次,最終決定改行,成為職業科研人員。時至今日,她對老所長說服她的話記憶猶新:“你年齡還小,專業知識可以去補。況且醫學(的學術背景)對生物物理研究也有幫助。”後來的事實證明,她在科研上的幾次突破,都要得益於她可以輕鬆“跨界”醫學與生物物理學。


後來,閻錫蘊先到北京大學進修,學習了一年高級生化課程,又前往日本名古屋大學深造,學習分子生物學。與此同時,在生物物理所前輩的悉心指導下,她系統地學習了細胞生物學。1989年,在貝時璋的實驗室中工作6年之後,閻錫蘊被推薦前往德國留學。


發現獨特的“納米酶”


在以治學嚴謹著稱的德國,取得博士學位是非常艱難的。1997年,閻錫蘊終於學成回國,暫時去了中國科學院微生物所。2002年,生物物理所的時任所長王志新將閻錫蘊調回。她的課題組隨即加入了生物大分子國家重點實驗室。2011年,研究所成立了蛋白質多肽藥物重點實驗室和北京市生物大分子藥物轉化工程中心,她被任命為主任,創建起蛋白質藥物的轉化平臺。如今,她的團隊已經研製出多種新的候選藥物,2018年,一項名為“納米酶診斷”的新技術,包括試劑盒與配套的儀器,也獲得了醫療器械證書。


納米酶是閻錫蘊和她的團隊深耕10多年的新領域。當時,他們發現了一個與腫瘤有關的新靶點,並且針對CD146研發了抗體,研究在腫瘤治療的可行性 。此後,他們與中國科學院物理所合作,想把生物分子(抗體)與磁納米粒子耦聯,探索腫瘤診斷的新方法。具體的實驗設計非常簡單,就是把抗體標記在四氧化三鐵,也就是俗稱“磁鐵”的微小顆粒上,做成免疫磁珠。


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閻錫蘊做實驗


然而,實驗中卻出現了一個“奇怪”的現象:原本是作為陰性對照的磁納米粒子,卻不可思議地與過氧化物酶底物發生了反應。當初,他們認為這可能是某種汙染所致。他們不斷重複這一實驗,以排除可能干擾現象的各種因素,但結果仍然沒有變化。這個現象讓從事實驗的博士生高利增很苦惱,覺得課題走進了死衚衕。閻錫蘊卻有了一個大膽的猜想:納米級的氧化鐵顆粒,是否可能具有類似過氧化物酶的催化活性呢?儘管四氧化三鐵是惰性的無機物,而人類已知的各種酶屬於有機物,都早已是化學常識,但如果沒有其他的解釋,看上去最不合理的解釋也是真相!


閻錫蘊首先與納米材料專家解思深院士討論了這個現象。隨後,閻錫蘊團隊決心驗證這個猜想。為此,於是,大膽設計實驗,第一次用酶學方法系統比較了這種無機納米材料與天然過氧化物酶的催化效率和酶促反應動力學,閻錫蘊的猜想得到了驗證。2007年,這項成果在《自然·納米技術》上發表後,英國皇家化學學會會刊發表綜述,認為這是酶學史上的一個里程碑式的事件。因為,這是科學界第一次從酶學的角度,報道無機納米材料的酶學催化特性;

而這一項發現,可以說打破了傳統意義上的“無機”與“有機”的界限


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閻錫蘊在辦公室


發現四氧化三鐵納米顆粒的這一性質之後,閻錫蘊並沒有忘記當初研究抗癌方法的目標,而是探索使用納米酶診斷和治療癌症的可能性。經過10多年的努力,世界各國對納米酶的研究已經逐漸深入。截至2020年,全球有29個國家、300多個實驗室都在做與納米酶有關的工作。可以說,閻錫蘊團隊的發現,打開了一個全新領域的大門。


傳承貝老優良學風


轉眼之間,閻錫蘊已經在生物物理學領域探索了將近40年。在學術上有所成就的她,至今仍然感激當年的生物物理所老所長貝時璋的提攜,以及由他所塑造的研究所的學術“基調”。


在生物物理所,閻錫蘊的認真甚至讓學生們有些“害怕”。平時開組會,從圖表的展示方式到單位的大小寫,她都嚴格按照發表文章的標準,去要求自己的學生。因此,她的學生修改畢業論文10多遍是常事,有的學生甚至會修改20多遍方才達標。


閻錫蘊曾指導過一位很努力的博士生;但他在三四年間換了5個課題,仍然一無所獲。有人勸她降低一些標準,她卻沒有讓步,因為在她看來,獲得博士學位的標準不能降低。只有嚴格要求,才是真正對學生負責。


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2019年7月研究組 討論研究進展布置工作安排


正如“嚴師出高徒”這句中國古語所言,閻錫蘊的嚴格要求,使她的學生頻頻獲得各種學術獎項。兩位學生以第一作者身份,在《自然·納米技術》上先後發表論文,並且入選了當年的“中國科學十大進展”。這些學生在學術上取得的新進展,不僅讓人類的知識總量得以增加,也在傳承著生物物理所的學術之魂。


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