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访著名生物学家窦德献

   日期:2005-01-09     来源:社旗县政府网    浏览:525    评论:0    
核心提示:失之东隅,收之桑榆。开发生物冶金工程菌虽然没有成功,却获得生产生物工程工具酶的高效方法。窦德献完成了一个飞跃。这样的飞跃对于任何研究人员,都是梦寐以求的,一旦完成,便可以受用终生。
   
 ●1979年,高中毕业生窦德献以全优成绩被教育部选送赴日留学

●1987年,窦德献在日本发现生物工程系列工具酶

●1994年,窦德献在美国发现人类大脑发育基因

●2002年,窦德献归国创业,他开发的新型庆大霉素等抗菌素已经救活一家国内制药企业……

●几度面临人生重大抉择,窦德献的决定都出人意料。我们想探究为什么,他的回答很平淡

五一之夜,我们与窦德献博士临窗而坐。窗外不远就是大海,涛声依稀可闻。夜渐渐深了,我们谈天的兴致丝毫未减。

“看起来,你是选择了最难走的一条路。因为从你的研究经历看,你已经获得多项重大成果。你可以有很多人生选择,完全可以风光一下。以你的年龄,创办企业,开发一类新药是非常困难的。为什么非要走如此艰难的人生之路?”同窦博士已经是第二次长谈,我的问题很尖锐,也很直白。

我们的提问似乎把窦博士难住了。“说得不错,我的选择确实是最艰难的,可是……”窦博士陷入短暂的沉思,像是回忆往事。

我们设法绕开这一“难题”:“你现在的人生选择与你当初在日本完成博士论文以后的研究转向好像有关系,当初你就没有走大多数人看好的路。”“说得对。就是有关联,应当说这是一脉相承的。我当初的人生抉择决定了现在走的路。”窦博士兴奋起来。

三层境界

以现在的眼光看,当年窦博士的博士论文做得异常艰难。他的研究方向很明确:生物冶金。就是利用一些远古时期就在地球上生存的微生物提取一些稀有的重金属。生物冶金与传统的化学反应冶金工艺完全不同。例如,用这一方法可以处理当代工业产生的重金属污染,不仅使其无害化,而且能真正实现变废为宝。

生物冶金是在极酸性(pH1-2)的环境中进行的,使用的工程菌株不但要具有耐酸性,而且对多种有毒的重金属离子还应有抵抗性。导师交给窦德献的课题是要制造出一个既耐酸又可抵抗重金属毒性的工程菌株。该课题的技术难点是将抗重金属的核酸质粒植入靶细胞,以得到所要的工程菌株。

实验一次接一次。失败不断。1987年,到日本留学已经8年了,窦德献第一次感到研究竟然如此艰难。

1979年,在小平同志的亲自过问下,我国教育部选派了第一批留学生共100名前往日本学习,18岁的窦德献幸运地成为其中之一。

作为改革开放初期的第一代公费出国留学者,窦德献表现出众。

当时国内恢复高考才两年。赴日留学生在国内选拔培训期间,筛选考试用的是日本当年全国高考考题。日本高考的严格程度在亚洲乃至世界都有名,有“考地狱”之称。窦德献考试成绩全优,化学更是满分。这在当时的日本成为新闻,当地多家著名报刊都做了报道,西日本电视台还做了专题采访并在黄金时间播出。窦德献考入郭沫若先生当年的母校———日本国立岗山大学就读生物机能开发学专业。

还是本科生的时候,窦德献不仅日常学习保持优异,而且喜欢独创思维。他创造了MICRODISK测定法,得到业内专家的一致好评,初步显示了自己在研究领域的才华。

到硕士学习期间,他先后从事生物活性物质提纯与神经细胞离子通道及生物休眠等课题的研究,提出了生物休眠“两极控制理论”。此时的窦德献已经不满足于提课题、查资料、做实验、写论文、过答辩的传统模式,他在本科生时期开始的独创思维发展到一个新阶段:对于意料之外的实验结果,先大胆假设,再严谨论证,以求取得突破。

进入博士学习,窦德献的独创思维更是获得丰厚回报,他成功发现了被命名为1H-66H的ACIDIPHILI鄄UM,共66株。这是一类靠吃岩石就能生存的远古微生物。基于这一发现,窦德献提出了“古生物存续原理学说”,并根据古生物的生长特性,首次将其应用于生物冶金。由于该技术较其它生物冶金技术更具独特性,提取银及稀有金属镍、铬的功效尤为显著。国际湿式冶金学会主席IMAI对窦德献的这一成果给予高度评价,称“此技术是对二十一世纪人类冶金前途的探寻及对生物工程的重大贡献”。

8年来,窦德献的独创思维逐步成熟,大胆假设、严谨求证形成一个模式,经历了多次考验,成果历历。

然而博士论文的课题似乎太难了。实验失败倒不怕,问题是要找出失败的原因。如果能够证明这种既不怕酸、又不怕重金属毒性的工程菌根本不可能用基因移植的方法获得,那也是一大成果。可是尽管数百次失败,败因却是云里雾里。窦德献一度心力交瘁,病倒了。病中的窦德献依然牵挂着实验。生物反应器发生重大变化,他就让日本同学搀扶着他到实验室现场指挥。

导师对他的困境很同情,然而要他坚持。

“一定会成功的,哪怕是做1000次。”导师以日本人那种锲而不舍的精神激励窦德献。

清代文人王国维在他的《人间词话》中有一段脍炙人口的论述:古今之成大事业、大学问者,罔不经过三种之境界:“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路。”此第一种境界也。“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。”此第二境界也。

如果说窦德献在本科、硕士时期就不满足常规,开始独创性研究,经过了所谓“独上高楼,望尽天涯路”的第一境界,那么在完成博士论文的过程中,成百上千次实验失败就是第二境界。

临近1987年春节,失败实验次数真的突破1000。此时的窦德献已是全身心扑到实验上,他感觉实验已经进入一个新境界,大胆假设的时机快到了。

除夕之夜,窦德献提前离开留学生聚会,独自一人来到实验室,继续他的实验。又是一宿无眠。凌晨5点,他发现生物反应器里产生生物工程内切酶AFAI!多少个日日夜夜,魂牵梦萦,窦德献终于迎来王国维说的第三境界:众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处。

现在可以大胆设想:在内切酶的作用之下,要移植的DNA被剪切成多个片段,难怪基因移植不能成功,实验失败的原因找到了。当然还要严谨求证:这一实验虽然不能产生作为既定目标的工程菌,但是却能产生多达17种生物工程工具酶,而且生产效率奇高,比当时生产内切酶的标准方法高八十多倍。

失之东隅,收之桑榆。开发生物冶金工程菌虽然没有成功,却获得生产生物工程工具酶的高效方法。窦德献完成了一个飞跃。这样的飞跃对于任何研究人员,都是梦寐以求的,一旦完成,便可以受用终生。

窦德献的博士论文顺利通过答辩。1989年,窦德献获得博士学位。他的导师服了。因为这位来自中国的年轻人以其自身的飞跃把这位导师主持的实验室从生物冶金引进一个全新领域:生物工程工具酶开发。

按照日本法律,日本公立大学的研究人员都是国家公务员,所有研究成果的知识产权都归日本政府所有。窦德献的成果也不例外。作为这一重大研究成果的回报,日本政府拨款对窦德献所在实验室进行了全面的设备更新。

窦德献的博士论文分两部分,一部分属于可公开发表的,被日本国会图书馆收藏;论文整体被列为日本工业机密资料。

这样一个重大成果毫无疑问是世界级的。工具酶生产效率提高八十多倍,如果产品销售价格不变,其利润之丰厚可想而知。

如果说IT(信息技术)代表工业的现在,那么BT(生物技术)就是工业的未来。日本工业界立即行动起来,要留住窦德献这个难得的人才。日本生产工具酶的主要厂商TAKARA希望窦德献到该公司工作。

任何一位研究人员都能理解这样的研究成果对窦德献意味着什么。如果窦德献加盟TAKARA公司,自然是轻车熟路,名利双收。窦德献继续工具酶研究,发表几十篇SCI论文,成为工具酶领域的世界级权威根本不是问题。

此时的窦德献面临人生重大抉择。

他的选择是离开,让他的日本徒弟们去写那些SCI论文。

这是一个常人难以理解的抉择。

我们想知道为什么。窦德献的回答很简单:我就是这样,我喜欢面对新的挑战。

我们相信窦德献一定是在追求什么。也许冥冥之中,命运在召唤?

赴美研究

命运果然在召唤。窦德献的博士论文发表不久,机遇就来了。

窦德献在工具酶领域的成果得到美国生物学家史密斯的好评。史密斯曾经因发现内切酶而分享诺贝尔医学奖,堪称内切酶大师。他写信给窦德献,邀请他赴美开展学术交流。

还是在1988年,窦德献就曾与到日本访问的诺贝尔医学奖获得者Gilbert交流,他们交流的内容之一就是人类基因密码。当时发达国家已经在酝酿成立世界人类基因组织HUGO(英文缩写),开展人类基因组研究。与Gilbert的学术交流对窦德献影响很大,他开始关注刚刚起步的人类基因组研究。

1990年春天,窦博士应邀到美国底特律医学中心(DMC)从事博士后研究。底特律医学中心由六家大医院和密歇根州立医学研究院构成,无论经济实力还是科研力量,在美国都名列前茅。同年窦德献博士加入世界人类基因工程学会,成为HUGO的早期会员。

与在日本的研究不同,窦博士在美国的研究对象从古生物转移到人类。窦德献一方面从事针对人类两大杀手———心脑血管疾病及癌症的研究,另一方面进入研究最前沿,开展人类基因组研究。

窦德献在美国的研究很快取得全方位进展。通过用分子生物学方法开展癌症研究,窦博士发现可以用基因工程改变癌细胞的抗药特性。某些癌细胞的神奇之处是能够通过分子通道把有毒药物喷射出去,从而产生抗药性(MDR)。窦博士创造了新型癌细胞抗药功能模型,找到相关MDR基因,成功表达癌细胞的抗药分子通道,并实现在试管中对MDR基因进行重组。利用这一技术,通过基因修饰可以让癌细胞抗药分子通道反向喷射药物,就是把抗癌药物引入癌细胞内,变抗药功能为自杀功能,从而杀死癌细胞。窦博士的这一成果为针对癌症的基因治疗开辟了新的途径。1992年夏天,全世界一百多位著名生物能(大部分的生物能需要分子通道)与分子通道科学家云集美国克里佛兰,出席这一领域的世界级学术会议。会上窦博士的MDR研究成果得到与会者的极高评价。

窦博士更重要的贡献是在人类基因组领域。1994年初,窦德献在人类第20号染色体的长臂上发现了轰动科学界的人类大脑发育基因NEU鄄RONATIN(美国专利号5837535,美国基因库注册号U31767)。

回顾这段经历,窦博士仍然激动不已。

“我发现这一基因,当时的感觉是我不经意之间破解了一部天书。天机不可泄漏,我能公开这一发现吗?”

解读大脑发育“天书”,大自然在生物分子微观水平竟然如此精美,人类生命机制如此深奥而奇妙,窦德献深深为大自然的伟大力量所折服。

他离开实验室,驱车驶向圣克莱尔(St.Clair)湖畔。碧波浩淼,水天一色。如同2200多年前在汨罗江畔吟诵《天问》的屈原,窦德献要在此“问天”。

屈原的《天问》是诗人对自然现象的哲学思考,窦德献的问天是科学家在获得重大研究成果以后的哲学思考。研究水平到了窦德献达到的这种高层次,没有哲学思考就不能更上一层楼。

“我在湖边坐了一下午,反复思考,得出结论:破解大脑发育基因不是偶然现象,是人类基因组研究的重大进展,我应当公开这一发现。”

可谓天道酬勤。窦德献发现大脑发育基因既是偶然,又是必然。必然性来自他长期坚持的独创思维,以及百折不挠的研究精神。

1994年秋天,窦德献在华盛顿召开的世界人类基因组织年会上展示了这一成果。世界著名学术期刊《大脑研究》(BRAINRESEARCH)将窦博士的研究刊登在1996年6月号的封面上。十几个国家的科学家给他发来要求合作或祝贺的函电,提出开展合作的要求。

在美国,多家世界著名的公司如AMGENE等和研究机构向窦博士提出具体合作计划。德国著名的MAXPLANCK研究所率先跟进窦博士发现的这一新基因进行研究,进一步证实此基因在人类胎儿发育生长过程中具有的重要意义。目前,美、英、日、澳等国也都在进行此基因的相关研究。该基因已用于制造基因芯片,在国际市场上广为流通。此后,窦博士在进一步的研究中发现,这一基因在人类的胎儿及婴幼儿时期开启,到成年大脑发育成熟后关闭,脑神经停止生长。可是如果中老年时期发生中风,因治疗不及时导致脑神经细胞大量死亡,这一基因又会重新开启,促进脑神经生长。利用大脑发育基因的这一功能,可以开发治疗脑血栓的特效药物。

赴美研究八年,窦博士再次功成名就。他再次感到命运的召唤:是加盟大公司,做知名学者,还是自己创业?

这两条道路的难度完全不一样。前者驾轻就熟,窦博士在学术上的成功确保他个人的地位。钱不是问题,研究条件不是问题,生活更不是问题。窦德献在美国已经拥有三面环湖的别墅,业余时间钓鱼骑马。

自己创业完全是另一回事。我们来看一下这里的风险。

首先必须寻找风险投资。风险投资商们对于投资回报企盼很高,他们的投资原则是只能锦上添花,决不雪中送炭。所以,窦博士必须把自己多年的积蓄拿出来作为种子资金。

第二,创业的目标是研制新药,尤其是一类新药。开发一类新药非同小可,从临床前动物试验到Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期临试,开发周期平均是8—10年,大量投资及失败风险令许多研究人员却步。筛选成千上万种药物,最后能过美国食品药物管理局(FDA)那一关的大概只有几种。

第三,创业意味着窦德献要完成从科学家到企业家的转变。他不仅要组建研究开发团队,还要创建企业管理团队以及面向国际资本市场的融资专业团队。

窦德献的选择再次与常人理念相悖。他的选择是创业。为了筹集创业资金,他把三面环湖的住宅卖了。

为什么?窦德献的回答很简单:以创业报效祖国。窦德献的创业冲动源自报效祖国的初衷。

作为改革开放初期第一代出国留学的学子,报效祖国一直是窦德献心底的愿望。还在上世纪90年代初,身处世界研究前沿的窦德献深切体验人类基因组研究的重要性。他想到拥有1/5世界人口的中国应当在人类基因组研究中占有一席之地,这一研究对于祖国的未来太重要了。一旦时机错失,发达国家完成人类基因组破解工作,今后中国将没有机会挽回损失。于是他提笔给国务院外国专家局写信,建议中国尽早加入HUGO,尽快通过国际合作开展人类基因组研究。他的建议引起有关领导重视,当时的外专局副局长武永兴亲自到密歇根与窦博士商讨有关具体事宜,并希望窦博士能直接参与。

当年窦博士以重大建议报效祖国,但是那种方式对于窦德献毕竟比较容易。以创业报效祖国,艰难得多。

归国创业

也许是响应命运的再度召唤,坐在我面前的窦德献已经是烟台华大药业有限公司的总裁。1997年,窦博士在美国创建自己的生物工程企业BIOING。两年前他归国创业,在青岛建立了高水平的生物技术实验室。

“其实你可以有很多方式报效祖国。比如在国内某名牌大学或研究机构兼职,大洋两岸来回飞。”笔者试图表达一种常人的观念。

“那当然也是一条路。不过与做研究、写论文比较,我更喜欢拿专利,开发有自主知识产权的产品。”

“我国制药业共有企业六千多家,所有这些制药企业的年产值加起来还不如默克公司一家的年产值。我国制药业在世界医药市场所占份额不到5%%。产生这种现象的原因很简单,因为产品技术含量低,企业开发能力弱。我之所以回国创业,就是要改变这种现象。”窦博士进一步阐述他的想法。

如果从这样的宏观背景出发,就能理解窦博士的创业动机。在窦博士看来,个人命运与祖国前途紧密相连。祖国的需要就是命运的召唤。

我问过不少专家,一个人一辈子能开发几种一类新药?

得到的回答很一致:一种就了不起。

开发一类新药是窦德献所在企业的第一主攻方向。窦德献已经提上议事日程的一类新药就有两种,而他设想的一类新药多达五六种!

目前即将进入临床试验的一类新药有基于大脑发育基因研究成果的新型溶栓药,还有通过抑制癌瘤周围血管生长的抗癌多肽PG17。

窦德献的第二方向是把现代生物技术应用于包括中草药在内的传统制药业,增加传统药物的科技含量,增强药效,减少副作用,并提高生产效率。

这一方向可以分为两大系列:一大系列是利用生物技术开展中药现代化开发。例如窦博士同知名中医董振华合作,成功开发出治疗类风湿药物RA60。该药以中医理论为基础、基因工程为手段,每一味中药都通过定量基因表达检测进行筛选,通过加减不同中药调配出疗效显著的RA60药物并制成胶囊。通过RA60开发,窦博士已经建立起中医药理论与现代生物技术结合的类风湿药物开发平台。

这一方向的另一个系列是用现代生物技术改造传统药物。一个例子是改造传统抗生素制造业。量大面广的传统抗生素生产因为附加值低,已经成为现代制药业中的夕阳产业。发达国家实际上已经放弃传统抗生素生产。国内的传统抗生素产业虽然占世界市场份额80%%,因产品附加值太低,导致亏损而难以为继。窦博士采用现代生物技术对生产抗菌素的细菌进行基因重组,降低传统抗生素如庆大霉素的毒性,增强其抗菌能力,并提高生产效率。国内一家抗生素企业与窦博士合作,一年内已经实现扭亏为盈。

另一个例子是开发新型癌症化疗药物。如用生物技术改造传统顺铂类化疗药物,开发出副作用小、药效更强的生物铂。

第三个方向是填补国内制药业空白,开发具有自主知识产权、在国际市场有高附加值的药物。已经投入生产的有表皮生长因子EGF等。

窦博士已经为他的企业勾画出一幅蓝图。如果说第一方向一类新药是龙头,第二方向现代生物技术改造的传统药物是龙身,第三方向自主知识产权高附加值药物是龙尾,这条龙舞起来,前景无可限量。问题是:他能成功吗?

成功要素

窦博士的回答很坚定:“要成功有几个要素。第一是信念。生物制药业在世界上的发展方兴未艾,每年以25%%的速度增长。BT(生物技术)代表现代工业的未来。创业初期虽然艰难,但是我们的方向没有错,我们已经成功组建研发团队、企业管理团队以及融资专业团队,有的产品已经投产。

成功的第二要素是汗水。只有辛勤的劳动才能确保未来成功。”

5月2日,我们拜访了窦博士的实验室。窦博士仍然在做实验。

“我在这边基本没有休息日。只要有时间我就做实验。”窦博士笑着说。

如果说窦德献的成功有什么秘诀,那就是勤奋加独创思维。这仍然是窦博士争取未来成功的两大法宝。

“成功的第三要素呢?”我又追问。

“那就是我的经验,我对现代生物技术的理解。”

随着现代科学的发展,专业细分成为一种趋势。专注某一专业领域的专家对另一领域可能完全是外行。然而,过度的专业细分也产生严重问题。

窦博士给我们讲了一个美国学术界流传的笑话。

一位专家抱着大象的一条腿,以为是一根柱子,于是提出课题:这象是一根柱子,但是同宫殿的柱子不一样,它的外层是软的,需要进一步研究。他的课题因此获得资助。

另一位专家骑在大象脖子上,一眼就看明白这是一头大象。于是说:这是一头大象。这位专家没有得到资助。理由很简单:你都知道这是大象了,还用研究吗?

这一笑话发人深省。

我们谈到了在美国很有争议的著名生物学家万特。万特在人类基因组研究中贡献卓著,但是也有不少专家对他的方法有非议。

“我很欣赏万特。他的办法是把基因组全部打乱,再重新组合,这样能够更快地破解基因组图谱。”窦博士对万特持赞赏态度。

难道是英雄所见略同?

窦博士的研究跨度很大:从生物冶金到工具酶,从人类基因组到癌症、心脑血管病的研究,生命科学前沿多个领域他都有涉猎。窦博士的一个特点是专,在每一个专业领域,他都有独到的贡献;另一个特点是博,就是融会贯通的综合能力强,每到一个新领域,很快触类旁通,取得突破性进展。这种综合能力在专业细分的今天尤为可贵。

归国创业,窦博士以他专而博的学识,很快在多个领域取得进展。例如,利用现代生物技术,窦博士很快开发出新型庆大霉素。普通庆大霉素存在的问题是有效成分C1含量低,非有效成分产生的毒副作用大。而窦博士开发的新型庆大霉素C1含量高达51%%-75%%,远远超过国家标准规定的25-50%%,而且生产效率大大提高。这一成果有望导致庆大霉素国家标准的重新制订。

从知识产权角度看,研究成果大体有三个层次:第一是公开发表的论文,第二是专利,第三是knowhow。论文可以共享,专利可以有偿共享,knowhow在公开前却不可能共享。从研究的角度看,knowhow是最珍贵的。用通俗的话说,那是独门密技。

窦博士多年来在研究前沿拼搏,积累了大量的knowhow,形成自己独特的知识库。比如他开发一类新药人类纤溶酶HPA,就利用了他研究大脑发育基因时积累的成果。

这个知识库就是窦德献报效祖国的一个平台,也是支撑华大药业公司未来发展的一大优势。

然而研究没有止境。

我们与窦博士谈起癌症研究前景。从1971年美国总统尼克松对癌症宣战以来,美国投入的研究经费已经超过2000亿美元。然而生存期超过5年的中晚期癌症患者在癌症患者中的比例仍然维持在上世纪50年代的水平。

人类能最终攻克癌症吗?

“现在看起来,癌症治疗的主要问题是没有合适的工具能够对患者体内所有的癌细胞进行基因重组。如果能找到这样的工具,攻克癌症就不是梦想。”窦博士已经实现在试管中对癌细胞基因重组,去除癌细胞的抗药性。不过这一方法目前还难以应用于临床。

“将来,我还是要研究工具酶,争取找到理想的工具。”我们期盼着那一天。
 
 
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