构思与选题(一)研究课题的来源(上)

    人类在大自然中生存、发展，必须经常能动地改造自然，以适应自然和社会发展的需要，提高人类生活质量。为了改造自然必需首先认识自然，自然科学就是人类认识自然的总结，而自然科学的基础研究正是人类认识自然的主要活动。认识自然首先要接触自然进入自然，这是一切自然科学思想的源泉。但是科学发展到今天，早已由自然现象的表面观察进入到自然现象变化规律性的研究，直接来源于自然现象表面观察的课题已经越来越少，而通常是间接来源于自然界，即来源于前人对自然现象的观察或分析。

    由于科学发展很快，研究工作又需要经常接触新事物。再好的基础，也是不够用的。所需要的知识，首先要养成不是去问老师，而是自己去查阅参考书或文献的自学习惯，前面已经谈到及时追踪科学发展的重要性。对于书本知识，我认为首先要有打破沙锅纹(问)到底的习惯。对任何规律性知识都要问一个为什么。不仅要知其然，更重要的是要知其所以然。阅读文献尤其是如此。我曾担任国内外重要刊物编委和顾问编委多年，经常被要求审阅稿件。我多年的体会是审阅，无论是优秀的、一般的，甚至是有问题的稿件，自己都获益良多。看到别人论文中的优秀部分可以学习，错误可以提醒自己不犯或少犯类似的错误。对于文献中引言部分，首先要问作者是否充分掌握了有关文献，对于实验结果，要看所用方法是否可信，是否有充分的对照实验，对于结论，则要问有没有足够的根据，是否有也同样符合所有实验结果的其他可能结论。在自己的论文准备投稿时，这也是自己首先要自我检查的问题。

    教科书、参考书和科学文献，都是前人知识的积累，即通常所说的基础知识。只有自己从这些来源学到的知识，只有完全弄清了来龙去脉的知识，才是真正牢固掌握了的，能为自己所用的知识，才是进行研究工作最好的基础。

    基础研究课题通常的来源有三种情况。一、自己工作的延伸。一项研究工作很少有全部完成的时候，经常是在完成了已经提出问题的同时又出现了新的问题，工作的延伸包括工作中出现的，值得进一步深入研究的问题，和与原来工作有关的新问题。许多重要问题出于自己工作的延伸，出于对已取得成果的进一步深入。二、在通过阅读文献及参加学术会议追踪当前发展的重要方向时，对当前科学发展重大问题提出自己的看法及解决具体问题的方案，或发现前人理论上和具体结果上的不足之处，或尚未解决的重要问题，甚至错误，需要深入进行研究，予以澄清。三、别人指出自己工作的不足之处，需要进一步研究解决。

    下面谨就我个人经验，对此三方面的经验简述如下：

    1.自己工作的延伸

蛋白质折叠是21世纪蛋白质研究的重要内容，是分子生物学中心法则即信息从DNA核苷酸序列传递至完整蛋白质分子的整个过程中，至今尚未解决的问题，具有重大生物学意义。我们在完成胰岛素A、B链重组形成天然胰岛素分子的研究中，虽然解决了从胰岛素A、B链重组形成天然胰岛素分子的问题，但是由于从还原性胰岛素A、B链中的巯基重氧化组成各种二硫键连接的分子可以有为数极大的可能性，如果依靠随机组合，天然胰岛素的产率应该极低。因此，天然胰岛素的形成必然有其内在的原因。探讨这一原因就成为我在八十年代回到胰岛素工作时的研究课题。这一研究的结果表明，胰岛素A 及B链在水溶液中都是有一定二级结构的，并且能相互识别，相互作用。这就是胰岛素A 及B链能够以远超过随机结合的几率重组形成天然胰岛素的分子基础。过去从胰岛素A、B链重组形成天然胰岛素是在非天然的强碱性条件下完成的，在中性条件下反应极为缓慢。为此，我们接着采用了酶促氧化的研究，用蛋白质二硫键异构酶催化完成了在生理的中性条件下从胰岛素A、B链重组形成天然胰岛素的研究。这项工作开辟了酶与分子伴侣关系的新课题，最后获得了国家自然科学二等奖。

构思与选题(二)研究课题的来源(下)

    2. 对当前科学发展重大问题提出自己的看法及具体问题的解决方案，或发现前人理论和具体结果上的不足之处，或尚未解决的重要问题、甚至错误，需要予以澄清

    结构与功能关系的研究一直是结构生物学研究的核心，也有人称之为结构生物学的中心法则。蛋白质的生物活性首先决定于其特定的化学结构，如果蛋白质的化学结构发生改变，可以导致蛋白质生物功能的丧失。化学修饰试剂与酶的某些必需基团发生化学反应，形成共价键，有时可以造成酶活性的全部或部分丧失。化学修饰是研究蛋白质的结构与功能关系的一种重要的手段，在相当长的历史时期中曾经是研究蛋白质的结构与功能关系的唯一手段。在蛋白质特别是酶的结构与功能关系研究中，曾经起过十分重要的作用。虽然近来基因定点突变技术已经对蛋白质结构功能研究开创了一条崭新的道路，但不仅现在，而且在一定时间内蛋白质侧链基团的化学修饰仍将是蛋白质结构与功能关系研究的重要方法之一。特别是在蛋白质组研究即将提供大量新的结构未知蛋白，还没有任何有关的数据可供参考时，即使是进行定点突变也不知从何做起。此时首先利用化学修饰，很快地取得对这个蛋白质在功能关系上最为重要的氨基酸残基的初步认识，就可以为进一步的定点突变研究指引道路。

    通过化学修饰可以探明哪些侧链基团参与了酶的共价催化作用，为探明其化学作用和催化历程起了重要作用。意义包括：1.化学修饰可以帮助人们初步认识蛋白质分子中哪些残基处于活性部位并为其表现生物功能所必需。2.用化学修饰试剂的反应，探测某些基团的暴露程度，以分析蛋白质分子构象变化。3. 探测蛋白质分子的构象变化和运动性质。

    某些侧链基团的改变可以影响到蛋白质所特有的生物活性，这类基团一般称之为必需基团。必需基团的化学修饰将导致酶的不可逆失活，研究酶活性不逆改变，可以为酶的催化作用机理的阐明提供重要的实验依据。同时由于现在根据病原体的酶与人体酶的结构不同，而设计所谓酶标药物已取得一定成功。

    20世纪60年代以前，虽然国际上用化学修饰方法研究蛋白质结构功能关系已经做了大量工作，累积了大量数据。但整体上仍处于一种定性描述状态，由于蛋白质中的氨基酸共有20 种，而每种蛋白质分子中又各含有数以百计的氨基酸，当时所用的化学修饰剂通常不够专一，能和不止一类基团发生作用，在同类基团中也常常能同时和多个基团发生作用，因此在进行化学修饰并取得某种生物效果之后常常无法对究竟是哪种基团，或在某种基团之中究竟有几个基团与所取得的效果直接有关作出判断。例如，乙酰化可以修饰蛋白质中的氨基或羟基，而氨基可以是α-氨基或ε-氨基；而羟基，既可以是苏氨酸羟基，也可以是丝氨酸羟基。因此如果乙酰化导致酶活性丧失，究竟是通过哪一种氨基酸所起的作用就无法判断。即使能明确是某一种氨基酸的作用，一般也不知道在这一类氨基酸中究竟有几个与活性直接有关。六十年代初期相继发表的两篇论文解决了这个问题。一个是 Ray 和 Koshland 的动力学方法，另一个就是邹承鲁的基于统计学的方法。

    Ray 和 Koshland 的动力学方法基于对化学修饰反应和酶活性丧失反应的动力学分析，比较二者的一级反应速度常数，可以对活性必需基团的性质和数目作出判断。这一方法的缺点是在反应很快，速度不易测定，或反应复杂不属一级反应时都无法应用。邹承鲁基于统计学的方法，依靠对基团化学修饰程度和活性丧失程度的比较。其简单原理为如果在修饰反应中同时包括i 个必需基团，在修饰过程中保留活性的分子只能是那些所有必需基团都未遭破坏的分子，因此活性剩余分数应为必需基团剩余分数的 i 次方。基于上述简单原理，根据在蛋白质化学修饰反应中常见的一些不同情况，我分析了蛋白质中必需基团化学修饰和活性丧失关系的六种主要情况，分别导出了相应的关系式和由此得出的一系列作图法，用以判断必需基团性质和必需基团数。接着分析了当时文献中已经发表的大量数据发现，只要有足够和可用的数据，都可以用上述方法处理并得到必要的结论。此项工作获1987 年国家自然科学一等奖。

    3.别人指出自己工作的不足之处, 需要进一步研究解决

    酶活性部位柔性的设想提出后，引起国际上相当注意，但也不是没有不同意见。虽然我们在肌酸激酶的研究中已经排除了低变性剂浓度下活性丧失是变性剂抑制的可能性，但折叠领域内国际上知名的科学家，T.Creighton 仍然在一篇综述论文中，针对我们关于核糖核酸酶的结果，提出低胍浓度下活性丧失是胍抑制引起，而不是如我们所述由于酶活性部位构象变化所引起。由于T.Creighton在这一领域的声望，他的批评自然极有分量也必需予以回答。我们因此进行了物理因素变性，活性部位构象变化的直接探测，以及蛋白水解酶部分水解等一系列方法予以检查。物理因素变性排除了变性剂作为化学抑制剂的可能性，活性部位构象变化的直接探测的结果都支持酶活性部位柔性的结论，我们的一系列论文发表后，T. Creighton再也没有提出反对意见。此项工作获1999 年国家自然科学二等奖。

    无论题目从何而来，都必需紧密追踪当前有关科学领域发展的动向。从研究生时代开始，在导师教导下，以周围同学为榜样，我就养成了每周必定去图书馆浏览最新期刊的习惯，几十年如一日，雷打不动。如果确实有事，下周必定补上。我当时有一个小记录册，登录所有对本专业重要的刊物，每期读过后，一定做记录，决不遗漏一期，直至今日。现在可以在网上阅读所有重要刊物的目录和摘要，这就更容易做到了。掌握文献、对文献进行综合，以批判的眼光评价文献，并从中提取出有用的和正确的信息以指导今后的研究是一个能独立工作的科学工作者必备的能力。

    阅读文献以追踪当前发展动态时，务须切记发挥自己判断力，不可盲从，即使是知名科学家和教科书有时也会有错误。古人说得好：“尽信书不如无书。”

在追踪当前发展的重要方向时切记，你看到的问题别人也同样会看到，越是重要的问题竞争必然越是剧烈，在研究条件不如人时，如果没有创新的研究思想，独到的研究方案是不可能超越他人得到成功的。虽然国际上也有对于某些重要课题一哄而起的情况，但在我国似乎特别严重。缺乏自己的创新思想而片面一哄而起追求热点，是一条必然失败的路线，最多只能是为别人成果锦上添花，或做一些小修小补的工作而已。关键在于自己的创新思想。创新思想来自何处，虽然灵机一动产生了重要的创新思想，在科学史上确实有所记载，但这毕竟是比较罕见的，而远远更为常见的是天才出于勤奋，创新出于积累，积累可以是个人积累，也可以是本人所在单位的长期积累。这就是前面提到的旺火炉原理，也是诺贝尔奖经常出在少数几个单位的原因。只有勤奋努力才能不断有优秀工作的积累，才可能在工作中逐渐产生真正创新的，别人无法剽窃的创新思想，才有可能在重大问题上取得突破。而在一个炉火熊熊的旺火炉中，不断会有优秀工作的积累，优秀人才的产生，并且创新思想和人才的不断相互作用，相互启发，相互激励，就会不断创造出新的突破性成果。