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【通海讲堂+俊棠论坛】腈水合酶的研发--沈寅初院士教学生涯的最后一讲

发布时间:2019-11-18 14:11:00

1112日,“通海讲堂”和“俊棠论坛”再一次联袂在奉贤校区举行,中国工程院院士、浙江工业大学名誉校长、华东理工大学校长顾问、双聘院士、生物反应器工程国家重点实验室学术委员会委员沈寅初先生带来了精彩讲座——“腈水合酶的研究开发”。沈院士与华理及生工学院、国家重点实验室的渊源深厚1997年当选为院士之前,沈老就是华东理工大学。因此,沈先生决定把自己60多年教学生涯中的最后一讲献给华东理工大学。

俊棠论坛是为了纪念华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室的创始人和第一任主任俞俊棠先生。今年是俞先生诞辰90周年,俞先生回国后就一直倡导要有自己独立创新的成果,不单纯是发表在纸面的文章,更重要的是,必须能与产业发展密切结合创造效益。感恩老一辈科学家为我们国重室铸魂,奠定了开拓进取的创新精神和科研要顶天立地的务实精神2019年创建俊棠论坛已经邀请11位来自世界各地的院士或诺贝尔奖获得者来国重室传经送宝,不断促进国重室的发展,力争在生物智能制造上成为国际的领跑者!

 

作为浙江工业大学前校长,沈院士刚到浙工大时,谢绝了学校给的所有津贴和其他补助,只有一个单纯的想法,就是建立一个研究基地,带领年轻人把自己的事业发扬光大,为社会作一些贡献。多年来,在他的悉心指导和精神感召下,他精心培养的团队在实现工业生物技术产业化的征程中,取得了一个又一个的科学成果。作为“中国生物农药之父”,沈院士先后主持开发了井冈霉素、7051(阿维菌素)等生物农药产品,为我国生物农药工业的建立奠定了基础。他长期从事生物化工和生物农药研究,成功研究了我国第一个用量最少、对环境最安全、对人畜无毒害的井冈霉素新农药,并得到广泛推广,成功研究微生物催化法生产丙烯酰胺,建立了我国第一套利用生物技术生产大宗化工原料的工业化装置,推广了生物催化在化工行业中的应用。沈先生围绕神奇的腈水合酶的发现、研究及生产应用展开了这次报告。

腈水合酶有两大神奇之处,其一是专一性不强,可催化多种底物,一般酶催化的最适温度为37,而腈水合酶20~25℃。其二是腈水合酶蛋白在微生物总蛋白质中占比达到60%,酶活力极高,1mL发酵液1小时可催化10g底物,催化效率极高。腈水合酶在今年的国家发明奖项中仍有出现,从20余年前开发到现在,仍然是研究的热点和前沿。

腈水合酶的发现是沈先生对基础生物化学原理活学活用的经典案例。沈先生首先教给师生们如何进行科研选题。他从一个偶然和朋友的交谈当中,敏锐地发现乙腈生产中的废水处理问题是我国化工生产面临的一个重大瓶颈。经过实践调研和文献检索,沈先生关注到日本京都大学教授关于丙烯腈用酶催化法生产丙烯酰胺的工作,该工作已经做到产业化生产。丙烯酰胺高分子水合物可以用作油田的二次采油和三次采油,提高油量,是我国重大战略需求。当时油田需要大量丙烯酰胺,然而化学催化法具有生产效率低、污染严重、纯度低、催化剂回收率低、分离困难等问题。因此,沈先生决定进行生物催化法催化丙烯酰胺合成的研究。他指出:“刚成立的机构出成果要有显示度,要有创新性,要符合国家战略需要。想要引起国家重视,就要拿出重磅炸弹。”

沈先生谈到,在研究课题确定之后,接下来的关键问题是如何寻找一个合适的微生物菌种。针对这一问题,沈先生介绍了自己独特的经验。他在老师教导传统基础上改进筛选方法,提出设想所需的微生物应该具有丙烯腈中生活的能力,并且以不能利用丙烯腈不能利用丙烯酰胺等条件,建立筛选方法,提高了筛选效率。正是得益于这个巧妙和高效的策略,在筛选163株菌后,他就找到了理想中的菌株。沈先生强调“大学学习科研的基础,而在实际工作中要动脑筋。如果方法不对,找上千种也未必能找到。

上世纪80年代,正值我国生物技术发展的高峰,生物技术与化工产业的结合受到了国家高度重视。在1985,沈先生的前期研究工作得到了科技部关注顺利立项,接连拿下七五、八五、九五的公关课题。项目于八五之后确立基本的工业路线控制,为大规模生产丙烯酰胺奠定了基础。科技部设定目标年产50吨,而沈先生利用现有资源达到年产440吨,项目各项指标超额完成,优于化学法引起了国家高度重视。完成项目后,他又积极投入到产业化生产工作中。沈先生指出:“有了技术之后,不能认为自己已经可以交账了、任务完成了。实际上产业化是十分关键的,其中也有很多问题需要克服。”他寻找很多工厂进行了试验,在九五公关中万吨级研发十分成功,解决了国内重大需求。

这项成果本来可以申报国家科技进步一等奖,但沈先生坚持认为自己没有发现酶催化作用的辅因子,在原始创新上有所不足,因此只申报国家科技进步二等奖。他认为搞科研的人,研究成果应该体现在论文的原始创新水平,对国家的贡献度,以及技术实用度上面。

 

在解答同学们对于科研方向的困惑时,沈先生分享了自己的科研历程。复旦大学本科生物化学专业毕业的他,对自己的方向很感兴趣。但在毕业之时,由于很多地方的人民连饭都吃不起,国家在大力建设农药研究所。在对农药研究这一方向一窍不通的情况下,他毅然投入农药的研发当中,他说“国家的需要就是我们的需要”。在场同学无不为之动容。沈先生强调,科研的方向基于大学所学的知识,本科学习十分重要,一定要在这一阶段打好基础,不单单要学老师传授的知识,更要主动的去学习,这样在之后的工作中才能根据工作需要灵活运用,面对各种需求的工作也能游刃有余。

生物反应器工程国家重点实验室主任张立新教授主持本次讲座并代表学校和国重室向沈院士颁发了“俊棠论坛”奖章。