沈善炯

沈善炯

沈善炯,江蘇吳江人,微生物生化和分子遺傳學家,中國科學院院士。1942年畢業西南聯合大學生物系,1950年在美國加州理工學院生物系獲博士學位。1950年11月回國,歷任浙江大學副教授、中國科學院上海植物生理研究所副研究員、研究員、副所長,曾任中國科學院上海微生物研究所剮所長、生物學部常委、學部主席團成員 早年從事抗生素和微生物生化的研究,1970年代以來從事生物固氨研究,均有突出貢獻;1997年被授予陳嘉庚獎生命科學獎、1999年授予何梁何利科學與技術進步獎等。

  • 中文名稱
    沈善炯
  • 出生地
    江蘇吳江
  • 畢業院校
    西南聯合大學
  • 國    籍
    中國
  • 主要成就
    抗生素和微生物生化的研究
  • 職    業
    微生物生化和分子遺傳學家
  • 出生日期
    1917年4月13日

生平

沈善炯1917年4月13日出生于江蘇省吳江縣一個偏僻農村的破落地主家庭,父親沈時則受過中等教育,曾在鄉裏教書,母親沈貞是農民,為人賢惠,閭裏皆知。

1924年,沈善炯入家鄉私塾。

1925年先後入泰來橋初級國小和同裏高級國小。

1931年他到縣城進吳江中學念書。吳江中學學風淳樸,校長開明愛國,勉勵青年要努力讀書不忘救國,三年的國中生活給他留下了難忘的記憶。國中畢業後,他決定學農,考入江蘇省立蘇州農業學校。畢業後經父母同意,靠各方借貸和出賣田地考入學費低廉的南京金陵大學農業專修科學習。

1937年"八一三事件"爆發後,沈善炯未能隨學校西遷,隻身流亡到廣西,入柳州的廣西大學農學院為借讀生,求學期間得識植物學家張肇騫教授,張肇騫的教導,對他以後樹立從事遺傳學與生物化學研究的志向產生了影響。

1939年他轉學到雲南昆明的西南聯合大學生物系。由于他勤奮努力,成績優異,成為生物系教授張景鉞的得意學生。

1942年自西南聯大畢業後,沈善炯入清華大學農業研究所隨戴芳瀾教授研究真菌。

1945年經張景鉞介紹到四川北碚中央研究院植物研究所任助理研究員。

抗戰勝利後,1946年,沈善炯隨張景鉞到北京大學植物系工作,任研究助教。

1947年經張景鉞介紹,沈善炯獲美國加州理工學院獎學金赴美留學,專修生物化學遺傳學。他的導師是N?H?霍羅威茲(Horowitz),副導師是著名有機化學家L?切赫梅斯特(Zechmeister)。為了補充化學基礎,他輔修有機化學。加州理工學院生物系是分子生物學的搖籃,雲集著一批傑出的科學家,濃厚的學術空氣對沈善炯產生很大影響,他刻苦求學,取得優異的成績,1950年6月獲得博士學位,經導師介紹去威斯康星大學生化系當博士後研究員。朝鮮戰爭爆發,愛國學者紛紛要求回國,他辭去威斯康星大學的聘約,于8月31日離美回國。

沈善炯于1950年11月回到祖國,經談家楨和丁振麟教授的介紹入浙江大學醫學院生化科任副教授。1952年轉到中國科學院實驗生物研究所植物生理研究室任副研究員。1953年,植物生理研究室從實驗生物研究所分出擴建為植物生理研究所,他任微生物生理組組長,從事抗生素的研究。1956年升任研究員。1958至1959年經蘇聯科學院恩蓋赫特(Engdhardt)院士推薦,去莫斯科蘇聯醫學研究所,在著名生化學家A?布朗斯坦(Braunstein)實驗室工作一年,研究細菌的氮同化。歸國後中國科學院在上海籌建微生物研究所,他被任命為副所長,主管業務。1961年上海微生物研究所又歸並到植物生理研究所,他仍任副所長,先後協助羅宗洛殷宏章兩位所長負責學術領導。

簡歷

1942年畢業于國立西南聯合大學,在清華大學、北京大學和中央研究院植物研究所任職。

1947年赴美國加州理工學院生物系為研究生,主修生物化學遺傳學。

1951年獲博士學位。回國後,在浙江大學醫學院任教。

1952年起任中國科學院上海植物生理研究所副研究員、研究員。

1960年任中國科學院上海微生物研究所研究員、副所長。

1962年中國科學院上海微生物研究所並入上海植物生理研究所後任研究員、副所長。

1980年當選為中國科學院學部委員(院士),歷任常委和主席團成員等職。

1986年主持建立上海交通大學生物科學和技術系,任名譽教授。

研究方向

早年從事抗生素和微生物生化的研究。發現金酶素在分解已糖時戊糖迴圈的運轉與金酶素的合成有關,從而提出提高金酶素產量的理論;研究鏈酶素生物合成過程中,證明鳥氨酸迴圈的作用,精氨酸是鏈酶素分子鏈胍部分胍基的來源,發現這種精氨酸和鏈胍之間的轉脒基反應受時態控製。研究糖代謝時,在大腸桿菌中發現甲基乙二醛合成酶,指出已糖可由3-磷酸二羧基丙酮經甲基乙二醛而形成乳糖的支路進行代謝;在鏈酶菌中發現D-木糖異構酶,有助于國際工業微生物界對葡萄糖異構酶的研究和套用。70年代以來,研究細菌固氮基因的結構和調節;80年代起著重研究根瘤菌和宿主植物間相互作用的遺傳學關系。

重要貢獻

對古瓶菌和鏈孢菌的研究

沈善炯在清華大學農業研究所時,在真菌學家戴蘇瀾的指導下研究古瓶菌。他的第一篇論文被推薦發表在1944年的《美國植物學雜志》,這項工作糾正了前人對古瓶菌的錯誤描述。1947年-1950年在加州理工學院生物系當研究生時,他的主要工作是研究鏈孢菌的甲硫氨酸合成和酪氨酸酶,發現鏈孢菌酪氨酸酶的形成受溫度和含硫化合物的抑製。他的導師霍羅威茲根據他的發現,深入研究了酶的結構和誘導問題,豐富了基因和酶的學說。

對抗生素的生物合成的研究

沈善炯從1953年開始從事抗生素的研究,解放之初,我國的抗生素生產幾乎是處于空白狀態,一些發達國家禁止對我國出口,我國必須自力更生發展抗生素生產,這是一項急迫的國家任務。

沈善炯主要承擔研究金酶素和鏈酶素的生物合成。他發現金酶菌分解己糖時,戊糖迴圈的運轉與金酶素的合成有關。根據實驗推論,金酶素分子的芳香族環部分,來源于1,7二磷酸景天糖,而磷酸鹽抑製金酶素的合成在于終止了戊糖迴圈,結果抑製1,7二磷酸景天糖的合成。在這個結論的指導下,生產部門採取限製磷酸鹽濃度的發酵培養基,有效地提高了金酶素的生產。在研究鏈酶素的生物合成中,他和學生們證明了鳥氨酸迴圈的作用。精氨酸是鏈酶素鏈胍部分脒基的來源,這種由精氨酸與鏈胍之間的轉脒基反應,後來由他的學生證明僅在鏈酶素合成開始時即所謂獨特期(Idio-phase)進行,說明鏈酶素的合成受時態控製。沈善炯等在抗生素研究上的成績,在學術上和生產實踐上都有重要價值。該項成果獲1955年中國科學院成果獎(這是新中國成立後的第一次評獎,定名中國科學院獎,後改為國家自然科學獎一等獎)。

沈善炯和他的學生在鏈酶菌的研究中,發現了作用于煙酰胺輔酶的煙酰胺核酸酶,這個酶與核酸緊密結合,對熱和許多蛋白質變性劑有高度穩定性,隻有經核酸酶處理後才顯出其對pH的最適活性和其他特徵。這種酶復合物的生理功能引起科學家的興趣。在鏈酶菌中他們還發現能使木糖轉變為木酮糖的木糖異構酶。可惜當時沒有測定這個酶對己糖的作用,後來這個發現為日本SANMATSU KOGYO公司所套用,將葡萄糖轉化為果糖而獲得很大利潤。該公司在獲得專利後,特派人到中國來向沈善炯致謝。

在研究細菌的氮代謝時,沈善炯和他的學生在蘇聯布朗斯坦實驗室發現芽孢桿菌中普遍存在丙氨酸脫氫酶(ADH),但測不到谷氨酸脫氫酶(GDH)的活力,隻發現與GDH呈血清交叉反應的同源蛋白。後來他們套用誘變劑處理地衣芽孢桿菌獲得有活力的GDH。推測這個變化發生在GDH結構基因轉錄後期,使無活性GDH蛋白變成有活性。這個發現引起國外生物化學家的註意,認為在生物演化上有重要的意義。

在研究細菌的糖代謝時,1963年他和學生在大腸桿菌中發現甲基乙二醛的合成酶,實驗指出己糖可以由3-磷酸二羧基丙酮經甲基乙二醛而形成乳酸的支路進行代謝,磷酸鹽對這個支路代謝起調節作用。6年以後英國的R?A?庫泊(Cooper)和A?安德森(Anderson)才報告同樣的發現,但他們承認最先發現者是沈善炯和他的學生。

對固氮基因的結構和調節的研究

從1974年起,沈善炯研究自生固氮細菌的結構、表達和調控的一系列遺傳學問題。在研究肺炎克氏桿菌的固氮nif基因組的精細結構中,證實nif基因呈一簇排列,不存在所謂"靜止區"。在nif基因的分析方面,他們與美國威斯康星大學W?布裏爾(Brill)教授的實驗室合作,根據一個突變點nifC的位點以及它的互補現象,指出nifJ蛋白是由相同的兩聚體組成。他們通過nifH上遊區的核苷酸序列分析以及基因融合試驗,最終確定nifJ的啓動子其轉錄方向與nifF相同,但與其他nif基因相反。

在研究nif基因的調節方面,沈善炯最早套用克隆技術,證明nifA蛋白對nif基因的調節作用,他們還就氧和溫度等因素對nif基因的調節作了系統和較深入的分析。他的學生在1980年首先發現nif基因受溫度的阻遏主要是由于nifA蛋白對溫度的敏感性。提出了較完整的以nifA為中心的nif基因調節模式。1985年他們利用突變,以ntrC依賴性的nifH突變型做試驗,證實氧對負調節基因nifL的作用在于它使nifA蛋白失活,從而使nif基因不能激活。

在研究調節的分子機製方面,沈善炯和來他實驗室工作的博士後D?歐(Ow)等採用結構基因nifH啓動子區的定點突變,發現共同性順序的某些核苷酸置換可以改變nifH啓動子對nifA蛋白的依賴性為ntrC蛋白的依賴性,沈善炯在1985年的第六屆國際固氮會議上應邀將這項成果作報告,此項工作被評為進展最快的工作之一,得到國際同行的高度評價,他的實驗室被認為是研究固氮基因分子遺傳學的國際研究中心之一。

沈善炯等在自生固氮細菌遺傳學方面的研究成果,肺炎克氏桿菌的精細結構定位和特徵研究獲得1979年中國科學院科技成果獎一等獎,1987年獲國家自然科學獎二等獎。

20世紀80年代開始,沈善炯的實驗室開展根瘤菌共生固氮的遺傳學工作。工作的重點在細菌和宿主植物間的相互作用的遺傳學關系。他們發現苜蓿根瘤菌與宿主植物建立的共生固氮系統中,結瘤基因和共生固氮基因的順序性表達。這項工作在1988年召開的第16屆國際遺傳學會上,沈善炯應邀作了專題報告。

開展了植物分子遺傳學的工作

他們選擇研究大豆種子貯藏蛋白基因,其目的在于了解植物基因表達的組織專一性和時態控製。在研究大豆Gy4基因的結構和特徵時,觀察到一些有意義的現象,如在基因的外顯子的多變區有類似可移動性因子的存在等。

獲取獎項

1956年

曾兩次獲得中國科學院自然科學獎一等獎。

1979年

獲中國科學院自然科學一等獎──固氮基因的結構與調節。

1981年

獲美國南加州中國工程師和科學家協會頒發傑出貢獻獎。

獲得中國科學院自然科學獎一等獎。

1986年

獲美國波士頓生物醫學研究所授予傑出訪問科學家稱號。

1987年

獲國家自然科學二等獎 ── 固氮基因的結構和調節。

1996年

獲美國加州理工學院傑出校友獎。

1997年

獲陳嘉庚生命科學獎。

1999年

獲何梁何利科學與技術進步獎。

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