「我不要做me too的研究!」翁啟惠31歲赴美鑽研醣分子領域,發明「一鍋式酵素反應」留名科學史

  发布时间:2024-05-17 04:52:30   作者:玩站小弟   我要评论
文:李名揚很多人喜歡用「大器晚成」來形容前中研院院長翁啟惠,因為他31歲才赴美留學,但更多人好奇的是,他34歲便獲得麻省理工學院MIT)化學博士學位,拿到博士12年後,就當選中研院院士,更在2003年 。

文:李名揚

很多人喜歡用「大器晚成」來形容前中研院院長翁啟惠,研究因為他31歲才赴美留學,翁啟但更多人好奇的惠歲是,他34歲便獲得麻省理工學院(MIT)化學博士學位,赴美發明反應拿到博士12年後,鑽研就當選中研院院士,醣分更在2003年回台灣後,領域留名快速帶領團隊做出一系列成果。鍋式他是酵素怎麼做到的?

翁啟惠1948年出生於嘉義縣義竹鄉,小學四年級之前,科學他的研究功課並不好,到了小五才突然開竅,翁啟成為班上唯一考上台南一中初中部的惠歲學生,後來又直升高中部。赴美發明反應此時他對化學產生興趣,鑽研並獲得保送清華大學化學系的機會,但因家人希望他讀醫科,於是高三下學期他放棄保送資格,轉到要考生物的丙組,卻沒考上台灣大學醫學系,只好進入第二志願台大農化系。事後回想,他很慶幸當年沒考上醫科,因為「自己可能無法成為一位好醫生」。

但翁啟惠並不喜歡農化系的課,本來要轉化工系,又不喜歡工程,所以只好留下來。這段時間他並沒有專心於課業上,而是廣泛閱讀,整天胡思亂想,尋找自己的興趣,最後還是決定畢業後回到自己最喜歡的化學領域,跟隨台大化學系教授王光燦研究蛋白質合成。

翁啟惠跟隨王光燦八年(台大化學系一年、中研院生化所七年)才出國留學,前三年他其實就申請到美國的大學,但總覺得還不清楚自己的興趣,於是決定留在台灣跟著王光燦做研究,一方面摸索方向,同時修讀台大生化科學所碩士班;31歲時他出國留學,雖然起步比較晚,但由於過往研究表現傑出(已發表35篇論文),不但在中研院留職留薪,還成為第一位以全額獎學金直接進入MIT化學系攻讀博士的台灣學生。

雖然研究了八年的蛋白質化學,但翁啟惠認為這個領域已經逐漸成熟,繼續做下去也沒什麼機會獲得重大創新突破了。他知道MIT化學系教授懷特賽茲(George Whitesides)正在研究酵素有機合成,將來可能可以應用在複雜分子(包括醣分子)的研究上,就決定跟著懷特賽茲,研究以酵素為主的新化學合成法。

翁啟惠到了MIT才真正確認自己的興趣,於是夜以繼日地工作,連假日都進實驗室。他說雖然當時身體感覺很疲倦,但心情卻很亢奮,希望趕快獲得成果;一旦有新發現,更覺得一切都值得了。他只用了三年就獲得博士學位,原本該回到中研院履行留職留薪的契約,但中研院剛好沒有職缺,當時台灣的大學也沒有生化科學所博士班,因此他決定留在美國。

王光燦為了勸他回台,特地飛去美國,但聽了懷特賽茲的一席話:「翁啟惠如果留在美國,會成為不得了的大學者。」才打消念頭。翁啟惠還為此賣掉台北的房子,把三年的薪水還給中研院。

翁啟惠:研究始終是他最愛  也是最大興趣Photo Credit: 中央社
穿著白袍,翁啟惠自在地走在熟悉的實驗室內,翁啟惠表示,「研究」始終是他的最愛,也是最大的興趣,一旦真的投入研究,其他事情就沒有那麼在意。

因為好奇而跨入新領域

翁啟惠先在哈佛大學做了一年博士後研究,1983年到德州農工大學化學系擔任教職,繼續利用酵素合成複雜分子的研究,並將重心轉移到最複雜的醣分子合成上。他選擇進入這個領域純粹是因為「好奇」,因為他知道醣分子非常複雜,難以用人工的化學方法合成,但認為一定有生物方法可以合成;而且應該不只能合成天然存在的生物分子,也可以合成自然界中不存在的分子。

他利用當時剛問世的遺傳工程技術,將酵素的基因植入大腸桿菌,讓大腸桿菌產生特殊的酵素,並藉由改變此酵素的胺基酸序列,創造出新的酵素來合成非自然界的新分子。翁啟惠自認是化學家,然而遇到用化學做不到的事,他就結合化學與生物方法做出來。

由於醣分子的高度複雜性,科學家比較少花心力在上面,而專注於DNA、蛋白質的研究。但人體內有90%以上的蛋白質都和醣分子連接在一起,形成醣蛋白,翁啟惠認為其中一定有道理,只是還沒有人知道,於是他決定選擇醣分子做為研究題目,因為這是關鍵問題,只要解開謎團,就可以進入全新的領域。

至於困難度,倒不是他在意的問題,他說研究工作面對的就是「未知」,「我的大部份研究都失敗,但總會有新方向出來,可以進行下一步研究。」

選了這個題目,最大的困擾是不易申請到研究經費,因為當時沒有人知道醣為何會和蛋白質連接在一起,翁啟惠也說不出醣和疾病的關係。幸好他在MIT的三年努力,建立了他口中的「幸運」,因為他在那三年發表了20多篇論文,是一般博士生的七、八倍,研究成果相當傑出,使他在1985和1986年連續獲得美國生物醫學西樓學者獎和美國總統青年化學家獎,這兩項大獎的獎金提供他充份的研究經費,讓他可以放手去做研究。

「一鍋式反應」留名科學史

翁啟惠在德州農工大學四年即升為正教授,1989年應史丹佛大學之聘擔任教授,在前往加州看環境的回程,順道去聖地牙哥的斯克里普斯研究院演講,演講一結束,院長就提出一份條件優渥的合約,希望聘請他擔任新成立的化學系主任。翁啟惠考慮到斯克里普斯研究院在生物醫學領域非常知名,雖然沒有研究化學的經驗,但應該很有潛力,就決定受聘,但婉拒行政職,只願意當講座教授,專心從事研究。

翁啟惠在斯克里普斯研究院待了14年,逐漸解開醣分子的秘密。他發明的「一鍋式酵素反應」,是首次採用生物方法合成複雜的醣分子,而且到現在為止,仍是唯一可大量合成寡醣的方法。

人體細胞表面醣蛋白上的醣分子是寡醣,每一種寡醣中的各個單醣有其特殊連接方式,若連接方式錯誤,就無法成為正確的寡醣。自然界是用酵素讓單糖結合為寡糖,翁啟惠模仿天然的合成法,先徹底了解酵素與單醣之間的關聯性,然後找出適當酵素來活化單醣,再用另一種酵素將已活化的單醣連接起來,這樣只要將正確的單醣和酵素都放進一個鍋子裡,就可合成所需的寡醣。


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