北京時(shí)間10月5日下午，2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉。瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予卡羅琳·貝爾托齊(Carolyn R. Bertozzi)、莫滕·梅爾達(dá)爾(Morten Meldal)和卡爾·巴里·沙普利斯(K. Barry Sharpless)，以表彰他們“在點(diǎn)擊化學(xué)和生物正交化學(xué)方面的發(fā)展”，其中巴里·沙普利斯更是再次奪得諾獎(jiǎng)。

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的多位青年學(xué)者都與本屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)哂兄煌潭鹊慕患浾叩谝粫r(shí)間進(jìn)行了采訪，并邀請(qǐng)他們進(jìn)行解讀。

點(diǎn)擊化學(xué)是什么？和大道至簡(jiǎn)有相通之處

根據(jù)諾獎(jiǎng)官網(wǎng)介紹，巴里·沙普利斯和莫滕·梅爾達(dá)爾的工作為化學(xué)的功能形式——點(diǎn)擊化學(xué)——奠定了基礎(chǔ)，使得分子結(jié)構(gòu)單元快速有效地結(jié)合在一起。

點(diǎn)擊化學(xué)（Click Chemistry），有時(shí)也被譯為鏈接化學(xué)，是巴里·沙普利斯教授最先提出的一種合成理念。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院謝然研究員科普道，核酸和蛋白質(zhì)是自然界中常見的生物大分子，復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和豐富的生物功能由小分子單元借助碳-雜原子鍵的鏈接而實(shí)現(xiàn)。巴里·沙普利斯受此啟發(fā)，在2001年提出了點(diǎn)擊化學(xué)的理念，“通俗地說，就像是兩塊樂高拼接在一起，A+B形成AB這樣快速可靠地完成形形色色分子的化學(xué)合成。”謝然說，點(diǎn)擊化學(xué)與“大道至簡(jiǎn)”的哲學(xué)思想有相通之處，通過最簡(jiǎn)單有效的方法將兩個(gè)分子實(shí)體偶聯(lián)在了一起。有很多人會(huì)將點(diǎn)擊化學(xué)形象地稱為“咔噠化學(xué)”，就像是兩樣?xùn)|西拼接在一起的聲音一樣。

在巴里·沙普利斯（Barry Sharpless）提出點(diǎn)擊化學(xué)的概念之后不久，他與本年度另一位獲獎(jiǎng)?wù)吣っ窢栠_(dá)爾（Morten Meldal）各自獨(dú)立報(bào)告了現(xiàn)在化學(xué)皇冠上的寶石：銅催化疊氮-炔烴環(huán)加成反應(yīng)。這是一種精致而高效的化學(xué)反應(yīng)，目前已被廣泛用于藥物開發(fā)、繪制DNA圖譜和制造更匹配目的材料。

值得一提的是，巴里·沙普利斯是二次獲獎(jiǎng)，由于他開辟了點(diǎn)擊化學(xué)這一全新領(lǐng)域。2001年他曾經(jīng)憑借在手性催化氧化反應(yīng)方面的貢獻(xiàn)獲得2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。點(diǎn)擊化學(xué)的概念對(duì)化學(xué)合成領(lǐng)域有很大的貢獻(xiàn)，在藥物開發(fā)和生物醫(yī)用材料等的諸多領(lǐng)域中，它已經(jīng)成為最為有用和吸引人的合成理念之一。

生物正交化學(xué)照亮細(xì)胞，卻不會(huì)破壞正常化學(xué)反應(yīng)

點(diǎn)擊化學(xué)為生物正交反應(yīng)提供了一個(gè)原型藍(lán)本。本年度第三位獲獎(jiǎng)?wù)呖_琳·貝爾托齊(Carolyn R. Bertozzi)的獲獎(jiǎng)理由是，將點(diǎn)擊化學(xué)提升到了一個(gè)新的維度。

為了在細(xì)胞表面繪制重要但難以捉摸的生物分子——聚糖，她研發(fā)了能在生物體內(nèi)使用的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，即生物正交反應(yīng)。卡羅琳·貝爾托齊的生物正交反應(yīng)不會(huì)破壞細(xì)胞的正常化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)現(xiàn)在被全球用于探索細(xì)胞和跟蹤生物過程，并已經(jīng)在活體動(dòng)物中實(shí)現(xiàn)了這一反應(yīng)。利用生物正交反應(yīng)，研究人員改進(jìn)了癌癥藥物的靶向性，目前正在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試。

所謂生物正交反應(yīng)，可以理解為在不影響生物體的前提下（與生物內(nèi)原有的化學(xué)反應(yīng)“正交”），在生物體中進(jìn)行的高選擇性化學(xué)反應(yīng)。謝然認(rèn)為，從這個(gè)角度而言，今年的諾獎(jiǎng)既回歸了化學(xué)反應(yīng)本身，又打通了生物與化學(xué)之間的界限。

當(dāng)我們?cè)噲D用化學(xué)方法去理解生物時(shí)，需要面對(duì)一個(gè)內(nèi)源性挑戰(zhàn)——生物體自身的化學(xué)類型和組成十分復(fù)雜，“這就涉及到生物正交反應(yīng)的基本概念——與特定的生理環(huán)境沒有關(guān)系，同時(shí)且保持它的化學(xué)惰性。”謝然說，這個(gè)反應(yīng)體系是高度選擇性的，要盡量減少對(duì)原始生物體的影響，還要保證化學(xué)惰性，不會(huì)與生物體內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)發(fā)生副作用。此外，反應(yīng)要適應(yīng)生物體所需，在室溫條件、酸堿適合的液相環(huán)境中快速發(fā)生。

“生物正交反應(yīng)，實(shí)際上是眾里尋他千百度。”謝然說，其實(shí)到目前為止，沒有任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)可在絕對(duì)嚴(yán)格的意義上滿足的符合生物正交反應(yīng)的所有要求，或多或少有一些改進(jìn)的空間，但這并不妨礙各國(guó)科學(xué)家以此為目標(biāo)，不斷地探索和優(yōu)化。謝然的博士生導(dǎo)師北京大學(xué)陳興教授，以及北京大學(xué)的陳鵬教授、王初教授是國(guó)內(nèi)最早從事生物正交反應(yīng)研究和應(yīng)用的國(guó)內(nèi)化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)軍人物，他們?yōu)槲覈?guó)的化學(xué)生物學(xué)發(fā)展也作出了一系列探索性工作。值得一提的是，陳興教授曾跟隨卡羅琳·貝爾托齊學(xué)習(xí)。

生物正交化學(xué)反應(yīng)的出現(xiàn)，為科學(xué)家對(duì)生命進(jìn)程的原位研究帶來了革命性的技術(shù)，已經(jīng)成為化學(xué)生物學(xué)這一新興交叉領(lǐng)域的核心方向之一。“今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)實(shí)際上是對(duì)整個(gè)化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域的肯定。”謝然認(rèn)為，點(diǎn)擊化學(xué)概念提出到現(xiàn)在不過20余年，生物正交化學(xué)就已經(jīng)經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單的活細(xì)胞體系向更為復(fù)雜的生物活體升級(jí)的一系列發(fā)展歷程，點(diǎn)擊化學(xué)和生物正交反應(yīng)在生命科學(xué)研究、醫(yī)藥研發(fā)、臨床診療等多個(gè)領(lǐng)域均展示出了廣闊的應(yīng)用前景，勢(shì)必為人類帶來更大的利益。

學(xué)生眼中的K.巴里·沙普利斯：科學(xué)界的老頑童

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的李劼教授，2015年至2018年在美國(guó)斯克里普斯研究所開展了為期3年的化學(xué)生物學(xué)博士后研究，他的聯(lián)合博士后導(dǎo)師之一正是卡爾·巴里·沙普利斯。有趣的是，他的另一位聯(lián)合博后導(dǎo)師吳鵬教授是巴里的博士生，同時(shí)也是今年另一位諾獎(jiǎng)得主卡羅琳的博士后。“他真的是一位科學(xué)界的‘老頑童’。”對(duì)于自己的導(dǎo)師，李劼如是評(píng)價(jià)，“巴里的腦子里只有學(xué)術(shù)，只關(guān)心怎樣讓化學(xué)變得更酷。”

卡爾·巴里·沙普利斯的科研道路開展得相當(dāng)順利，他幾乎獲得了化學(xué)界和科學(xué)界的所有獎(jiǎng)項(xiàng)。2001年，卡爾·巴里·沙普利斯憑借“不對(duì)稱有機(jī)催化”首度摘得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。按照諾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)的慣例，會(huì)給得獎(jiǎng)人一小段報(bào)告時(shí)間，說說自己的科研成果。誰知，卡爾·巴里·沙普利斯沒有說自己的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“不對(duì)稱有機(jī)催化”，而是提到了自己接下來科研的重點(diǎn)“點(diǎn)擊化學(xué)”。這種作法在當(dāng)時(shí)可謂是獨(dú)樹一幟。要知道，得了一次諾貝爾獎(jiǎng)，可是擁有了足夠“躺平”的資本。但卡爾·巴里·沙普利斯卻已經(jīng)開始了新的研究方向。

“點(diǎn)擊化學(xué)的誕生，其實(shí)和巴里的夫人，還有他的研究所所長(zhǎng)有一定的關(guān)系。”李劼告訴記者，在卡爾·巴里·沙普利斯提出“點(diǎn)擊化學(xué)”的概念后，他身邊最親近的人給他定下了新的“小目標(biāo)”：目前的分子化學(xué)合成規(guī)劃還是大了些，能不能再“化繁為簡(jiǎn)”，再簡(jiǎn)單一些？

自此，“簡(jiǎn)單”便成為了卡爾·巴里·沙普利斯科研的新目標(biāo)。他不僅接受了挑戰(zhàn)，而且當(dāng)真讓“點(diǎn)擊化學(xué)”的概念越來越通俗易懂。在10月5日的諾獎(jiǎng)發(fā)布會(huì)結(jié)束后，互聯(lián)網(wǎng)上甚至有高中化學(xué)奧賽老師評(píng)論：這個(gè)化學(xué)反應(yīng)太簡(jiǎn)單了，連高中生都能做！

“能有這樣的社會(huì)評(píng)論，某種程度上其實(shí)是導(dǎo)師的成功。”李劼在接受記者采訪時(shí)表示，雖然卡爾·巴里·沙普利斯發(fā)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，簡(jiǎn)單到似乎“高中生都能做”，但它極大影響了其他的科學(xué)領(lǐng)域。“化學(xué)是中心科學(xué)，為其他領(lǐng)域提供了思想和工具，應(yīng)該讓別人更好的理解和應(yīng)用。導(dǎo)師能夠在諾獎(jiǎng)評(píng)選中能夠‘梅開二度’，很大程度上是因?yàn)樗难芯恳呀?jīng)滲透到生命科學(xué)、材料科學(xué)等眾多領(lǐng)域。”

這位極富個(gè)性的科學(xué)“老頑童”，有別于讀者們對(duì)于科研工作者的木訥的刻板印象，不僅話多，而且聊起天來“天南海北”。“被巴里喊進(jìn)辦公室，沒有個(gè)兩三小時(shí)出不來。”李劼笑著回憶自己和導(dǎo)師相處的時(shí)光，“他很和藹，聊天時(shí)更是如此，會(huì)從美國(guó)電影聊到化學(xué)反應(yīng)。一開始你很難迅速找到他說話的重點(diǎn)，后來跟上導(dǎo)師的邏輯后我才發(fā)現(xiàn)，原來他的學(xué)術(shù)思想和對(duì)反應(yīng)的理解都融匯在交談內(nèi)容中。”

雖然聊起天來沒有邊界，但對(duì)待科研，卡爾·巴里·沙普利斯十分嚴(yán)謹(jǐn)，甚至是位標(biāo)準(zhǔn)的“工作狂”。李劼告訴記者，導(dǎo)師有著自己獨(dú)特的作息，從下午兩點(diǎn)開始在實(shí)驗(yàn)室工作，一直到晚上兩三點(diǎn)才會(huì)休息，這中間，卡爾·巴里·沙普利斯幾乎不會(huì)休息。通宵達(dá)旦的工作中，卡爾·巴里·沙普利斯也有過不小心的時(shí)候。一次實(shí)驗(yàn)室中的不慎，讓他付出了沉重的代價(jià)。因?yàn)橐淮魏舜殴鼙ǎ?dāng)時(shí)沒有帶護(hù)目鏡的卡爾·巴里·沙普利斯失去了一只眼睛。后來，他把這段經(jīng)歷寫成一篇短文發(fā)表，告誡化學(xué)專業(yè)的師生們，在實(shí)驗(yàn)室里無論任何時(shí)候都必須認(rèn)真戴好防護(hù)鏡，做好安全防護(hù)工作。

記者了解到，卡爾·巴里·沙普利斯2019年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院外籍院士。他還是中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所等多所國(guó)內(nèi)研究所和高校的客座教授。在2019年之前，每年都會(huì)到中國(guó)進(jìn)行科研交流，度過一段時(shí)間。他的實(shí)驗(yàn)室一直有中國(guó)學(xué)生學(xué)者在攻讀博士學(xué)位或從事博士后研究，為中國(guó)的化學(xué)界培養(yǎng)了一批優(yōu)秀人才。

來源：交匯點(diǎn)新聞、央視新聞客戶端綜合整理

編輯：徐亦丹

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責(zé)任編輯：張俊 SF065