孫周通：我要做“超級(jí)酶”夢(mèng)工廠

孫玉松

35歲的孫周通酷愛(ài)跑步。鄭州、上海、天津……這些城市在地圖上連成線，也是他“科研馬拉松”的軌跡。

作為中科院“百人計(jì)劃”入選者、天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員，在生物合成和酶催化研究的跑道上，孫周通從未停下腳步。

時(shí)間也給予了他回饋。2018年前夕，他和團(tuán)隊(duì)在環(huán)氧水解酶手性方面的最新研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（JACS）上。

做最好的醫(yī)藥中間體

淡藍(lán)色的圓領(lǐng)套頭衫，利落的短發(fā)，簡(jiǎn)練的言語(yǔ)，標(biāo)準(zhǔn)的“理科男”裝扮。剛剛出差回來(lái)的孫周通卻沒(méi)有一絲疲憊，反而神采奕奕。走進(jìn)他的辦公室，第一感覺(jué)就是清爽，沒(méi)有一點(diǎn)雜物，各種物品和瓶瓶罐罐擺放得整整齊齊。

2016年，從德國(guó)著名的馬普煤炭研究所學(xué)成回國(guó)，孫周通也把德國(guó)人的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和秩序感帶到了中科院天津工生所。在孫周通的辦公室里，最醒目的是墻上貼的一張超大圖表，上面標(biāo)注了2015年以來(lái)世界最好的200種合成藥物名稱(chēng)。孫周通說(shuō)，圖表他剛回國(guó)時(shí)就貼到墻上了，目的就是為了時(shí)刻提醒自己，不要忘記了回國(guó)的目標(biāo)。

說(shuō)起自己的目標(biāo)，孫周通突然變得靦腆起來(lái)，他搓著雙手，笑瞇瞇地說(shuō)：“我從事生物合成蛋白質(zhì)和酶催化研究。那張圖表就是我的終極目標(biāo)?！睂O周通介紹，那張表格里寫(xiě)的都是現(xiàn)今最好的化學(xué)合成藥物。這些藥基本被全球頂尖的醫(yī)藥巨頭企業(yè)所壟斷，而國(guó)內(nèi)很多的企業(yè)只能為他們提供原料和中間體。

眾所周知，在目前的技術(shù)水平下，獲取醫(yī)藥中間體，離不開(kāi)化學(xué)合成方法。而這種方法容易產(chǎn)生大量廢氣、廢水，如果能利用生物合成技術(shù)，對(duì)生物酶的基因進(jìn)行重新編輯，從而改變酶的特性，縮短化合反應(yīng)時(shí)間，就可大幅度降低能耗、減少污染。孫周通說(shuō)：“我的目標(biāo)就是用生物合成方法，做出最好的醫(yī)藥中間體。”說(shuō)話時(shí)，他又扭頭看了一眼辦公桌側(cè)面墻上的圖表。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，如今，孫周通過(guò)上了家和實(shí)驗(yàn)室“兩點(diǎn)一線”的生活。同事們都打趣他，不是在實(shí)驗(yàn)室，就是在去實(shí)驗(yàn)室的路上，可他卻樂(lè)此不疲?！拔覀冄芯康募夹g(shù)早一天走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用起來(lái)，就能早一點(diǎn)減少企業(yè)排放的污染物。”孫周通說(shuō)。

目前，孫周通和團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行乙胺丁醇生物合成生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，作為抗結(jié)核桿菌藥物的醫(yī)藥中間體，乙胺丁醇目前主要依賴(lài)化學(xué)合成辦法獲取，生產(chǎn)過(guò)程中不僅產(chǎn)生了大量廢棄物，還伴生有重金屬污染物。

“采用生物合成辦法，就可大大減少?gòu)U棄物和污染排放。目前，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，我們已經(jīng)跑通了生產(chǎn)全路徑，下一步我們將研究提升生物酶?jìng)€(gè)體活性，提高酶的催化反應(yīng)效率，爭(zhēng)取把研究成果早日應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中，生產(chǎn)出最好的中間體。”孫周通說(shuō)。

專(zhuān)注研究神奇“口袋”

孫周通最早的研究方向是生物能源，直到來(lái)到德國(guó)馬普煤炭研究所做博士后，他了解到德國(guó)在生物合成研究和生物合成技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面的研究居于世界前沿，于是他把研究方向和重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向了生物合成研究。

“在德國(guó)時(shí)，我主要從事生物酶的定向進(jìn)化方法研究，融合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，主要做生物酶催化研究?！闭f(shuō)起自己的研究，孫周通把自己做的工作稱(chēng)為“口袋工程”?！靶扌扪a(bǔ)補(bǔ)，改變形狀，最近幾年的主要精力都放在‘口袋上了。”孫周通風(fēng)趣地說(shuō)。

他解釋說(shuō)，酶是三維的空間結(jié)構(gòu)，但每個(gè)酶都會(huì)有一個(gè)催化的位點(diǎn)，研究人員習(xí)慣稱(chēng)之為“口袋”。“口袋”大小會(huì)有變化，形狀一變，生物酶的手性也會(huì)隨之改變，催化效率和產(chǎn)生的功效也大不一樣。孫周通的工作主要是研究如何改變“口袋”的形狀，從而改變酶的手性，進(jìn)而產(chǎn)生不同的催化反應(yīng)。

說(shuō)到這里，孫周通把自己的左右手疊加放到一起，解釋說(shuō)：“人有左右手，但永遠(yuǎn)不能重合，這是鏡像關(guān)系。研究手性，其實(shí)就是研究酶的鏡像關(guān)系。我要做的就是要改變酶的性能和結(jié)構(gòu)，讓它們更好地服務(wù)于我們的生產(chǎn)生活?！?h3>激活工業(yè)酶的“小宇宙”

“我是研究新酶和新酶反應(yīng)設(shè)計(jì)的，希望有朝一日自己能設(shè)計(jì)一種超級(jí)工業(yè)酶?！睂O周通說(shuō)，這種酶經(jīng)陽(yáng)光照射，就會(huì)產(chǎn)生催化反應(yīng)。這種“超級(jí)酶”不懼怕酸堿、高溫、高濕等苛刻的工業(yè)環(huán)境，它皮實(shí)、高效，稍微改變它的手性，在催化合成不同物質(zhì)時(shí)就能發(fā)揮不一樣的作用？？

“科學(xué)研究要面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)?！辈稍L中孫周通反復(fù)提到這句話。工作中，他也是這么做的?；貒?guó)短短兩年間，他就承擔(dān)了中科院戰(zhàn)略生物資源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃生物資源衍生庫(kù)——酶庫(kù)的國(guó)家級(jí)研究課題。近年來(lái)，他申請(qǐng)國(guó)家級(jí)專(zhuān)利5項(xiàng)，已授權(quán)4項(xiàng)，還獲得了中國(guó)產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果獎(jiǎng)1項(xiàng)？？

說(shuō)起這些，孫周通顯得格外低調(diào)。他說(shuō)：“我是從事新酶和新反應(yīng)設(shè)計(jì)的。在德國(guó)期間，我偏重基礎(chǔ)理論研究，現(xiàn)在回到祖國(guó)，研究要更貼近工業(yè)應(yīng)用。如有可能，我愿意在酶的高效利用和工業(yè)化應(yīng)用這條跑道上，一直跑下去，讓我們的生物合成事業(yè)站在世界最前沿！”