投身于涌现的创新研发之中<前篇>
山本尚先生(有机化学家)
迄今为止,药物发现一直属于低概率的偶然性的发现。近年来一种结合了机械工程学和有机化学的新方法应运而生。这一巧妙方法的发明人是山本尚先生,他是国际知名的日本顶尖化学家。另外,他还研发了很多有助于提高化学反应的新的合成方法。那么他的创新来自哪里?他的见解对今后的酶制剂产业有何启示呢?我们这次与“小酶同学”一起采访了山本先生,与他进行了广泛而深入的交谈,也了解到了他今后的研究计划。
文/神吉 弘邦 照片/桑岛 维(怪物制作所)
text_Hirokuni Kanki
photos_Tsunaki Kuwashima (KAIBUTSU)

老师您戴着一顶很时髦的帽子啊。

山本尚先生

我一共有7~8顶帽子,分不同季节佩戴。佩戴帽子也是为了预防受伤。我今年81岁了,我还想继续努力4年。

山本 尚(Yamamoto Hisashi)/1943年出生于神户市。61年毕业于滩高等学校。67年从京都大学工学部工业化学系毕业后,在哈佛大学研究生院学习化学专业,当时指导教授为E.J.科里。71年博士课程结业。曾任东丽基础研究所博士研究员、京都大学工学部助理、夏威夷大学副教授、名古屋大学工学部教授(现名誉教授)、芝加哥大学化学专业教授(现名誉教授)。2011年回国后,任中部大学教授。曾任综合工学研究所教授、分子催化研究中心负责人等职,24年起任中部大学肽研究中心杰出教授、千叶工业大学新一代肽开发研究中心首席研究员。16~17年任日本化学会会长。山本先生作为以铝为中心的路易斯酸催化研究的第一人而闻名。07年获德国洪堡奖、日本学士院奖。还获得了11年野依奖、12年藤原奖、17年罗杰·亚当斯奖等多项奖项。02年获紫绶褒章。18年获瑞宝中绶章,文化功劳者。也曾是诺贝尔化学奖的有力候选人之一。

我们拜访老师时看到的中部大学的房间不但没有书架,而且空间非常简洁,这一点让我们感到有些意外。请问平时都是这样的吗?

山本尚先生

是的。因为看完的书我都会扔掉。当我收到自己的纪念照时,我会盯着它看个50秒左右,就当做是把这辈子看它的时间都用完了,然后将它丢进垃圾桶。

好厉害。不仅仅是“断舍离”,更是平时就不留下任何东西!

山本尚先生

我觉得,如果没有这种态度,就不能创造出非常新的东西。

山本先生您作为酸催化研究领域的第一人,是国内外顶尖化学家。但近年来您专注于“肽合成”领域,选择从零开始挑战新的研究。请问这是出于什么原因呢?

山本尚先生

在我至今为止的半个多世纪的化学家生涯中,我一直致力于纯粹的研究(应用研究的核心)。这既有趣又有意义,也让我在自己的专业领域声名鹊起。

例如,就“路易斯酸”、“手性路易斯酸”、“布朗斯台德酸催化”等单词而言,我的论文的引用率据说是全球第一。但我并不为此感到高兴。因为它并没有为人类带来什么帮助。

您刚才提到的研究是“不对称合成”吧?它对各种新型化学物质的开发做出了贡献,并在药品和工业用材料的生产中也发挥着重要的作用。因此,我觉得根本不存在对社会毫无用处这回事……。

山本尚先生

大约50年后,它也许会派上重要用场。但那没有意义。因为这将无法推动当今世界的发展。这些想法在我70多岁的时候突然涌现而出。

您遇到了什么契机吗?

山本尚先生

我之所以想到这一点,是因为我想起了20世纪末的一个科学会议。那是1999年在匈牙利首都布达佩斯举行的世界科学大会。来自世界各地的约2000名科学家齐聚一堂,共同探讨:“下个世纪的科学技术应该是什么样的?”

会上发表了所谓的“布达佩斯宣言”。大意是“科学技术应与以往不同,应创造出更多对人类有帮助的东西”。自该宣言发表以来,欧洲和美国的科技项目逐渐开始以创造对人类有帮助的东西为目标。但是,在国内几乎看不到这样的动向。我在70岁之前也是如此,所以不能说自命清高的话。

也就是说,日本的研究人员仍在“象牙塔”内。

山本尚先生

是的。所以我用了2年左右的时间一直考虑:我“接下来应该研究什么?” 最终,我决定放弃之前所有的研究,选择只专注于肽的研究。

这是您在中部大学任教之后的事情吧。在那之前,您在芝加哥大学担任教授近10年,之后回国,选择在中部大学任教。

山本尚先生

我觉得我在美国作为研究人员的工作也差不多该结束了,但还是想继续做一些。如果可以的话,我想做对人类有帮助的工作。

不愧是勤于思考新鲜事物的老师,或者说老师您做了一个很大的决定呢。

我想改变“偶然性的科学”

山本尚先生

在我70岁之后,我并没有开展特别新颖的工作。但在肽生成研究时,我想到了一个谁也未曾想到的方法。

山本尚先生

例如,肽确实以2,000~3,000种天然物质的形式存在,但这只是其中的一小部分。原因在于,仅由10个氨基酸连接而成的肽就有大约10万亿种。在蛋白质中偶然发现的类似酶制剂的物质不计其数。有趣的事物可是无穷无尽的哦。

我和肽都是由氨基酸组成的,我们的相似之处在于作为帮手帮助人体发生各种反应。我们酶的主要工作是触发反应。据说肽在人体内可以传达特定的信息,也可以承担起与成长和健康相关的作用,所以特别有助于药物发现。

山本尚先生

没错。但是,在10兆中仅有偶然发现的1000左右的肽成为了药物。迄今为止,药物几乎都是靠偶然被发现的。中药和西药也都如此。

但是,我觉得,如果我们能从零开始研发新的肽的话,世界将会改变。

这跟研发抗生素有点像哦。

山本尚先生

抗生素以外的药物都是从万分之一的接近偶然的概率中诞生的。肽如果能像抗生素那样有针对性地生成,那该多好,您不觉得吗?

我也听说被发现的肽的数量在逐渐减少,所以我想老师您想出来的新方法是有需求的。

山本尚先生

科学分为必然性科学和偶然性科学。所谓的必然性科学,就是先有一个规则,然后调查有多少东西符合这一规则。物理学就是这样的。偶然性科学就是每天都做不同的事情,然后有一天突然就发现了成果。

那,化学是偶然性科学吧。

山本尚先生

就是这么回事儿。但因为我喜欢它,所以即便这样也没什么问题。我从未觉得这有什么不妥,但从今以后我想以一种合乎逻辑的方法去发现它。

善于使用设备,拓展未来

您是如何开展新的肽合成研发的呢?

山本尚先生

首先,在肽和氨基酸中加入某种化合物。于是,就形成了由3个氨基酸连接形成的三肽。然后再进行一次同样的操作,这次得到了由5个氨基酸连接形成的肽。

山本尚先生

就是这样不断地延伸下去。举个例子,迄今为止,任何实验室想要生成由20-30个氨基酸连接形成的肽都需要1年多的时间,这是一件非常辛苦的事情。但按照我的方法进行的话,两周就足够了。

时间大大缩短了呢!

山本尚先生

是吧,是不是很好?在一个20×20的平板上,可以生成正好400种叫做二酮哌嗪的化合物,然后再加入其他氨基酸的话,一个氨基酸就可以连接两个不同的氨基酸。之后从中选择最好的物质。将上述过程重复20次,就会产生8000种三肽。

这些操作都是通过机器人以机械方式完成的。也就是机械工程学和有机化学的融合。这是一种很好的方法,但问题是设备非常昂贵(苦笑)。这台设备约有1.5米大小,但售价超过1亿日元。

这台设备已经放置在中部大学的研究室里了吗?

山本尚先生

不,从今年春天开始我在千叶工业大学下一代肽开发研究中心兼职,我打算以该开发研究中心的名义购买此设备。该设备估计半年后才能送到学校。据说全世界的企业都想购买瑞士制造的那台设备,所以很难买到。现在订购的话,要等1年半到2年才能收货。

天野酶公司的研究人员也是通过使用设备寻找我们这些酶。准备微生物库,然后不断进行筛选。大家不知道何时才能到达终点,只是不断地坚持下去。他们说,日本研究人员的优势在于自己适合这种脚踏实地的工作。

山本先生的方法到目前为止未被尝试,是因为在等待设备送到吗?

山本尚先生

也有这个原因。但是,不按照我的方法操作是绝对做不到的,所以即使先买到了设备也是没用的。

老师您是什么时候发明了这个方法并在论文中发表的呢?

山本尚先生

大概2年前吧。我现在称之为“2×2”。

这真是最新的研究啊!

原本只能靠偶然才能发现的成果,现在通过缩短时间,可以实现合理且高效地发现。

山本尚先生

是的。化学是基于偶然性的发现,而设备则是基于逻辑且必然的发现。我们很难将偶然性的科学与设备相结合,但我们必须要这样做。善于使用设备,将在研发中变得越来越重要。

酶活跃在这个世界的每个角落,我们正在探寻它们全新的可能性。
在本栏目中,我们会与“小酶同学”一起探访如今活跃在各个领域的人们,听他们讲述自己的故事。