美国化学会C&EN:2016年度“十二俊杰”(下)

他们平均年龄只有33岁，

他们凭借独门秘籍闯荡江湖。

有人在高校自立门户，

也有人在企业中崭露头角，

还有人正在创业的路上。

他们研究领域宽广，

他们改善我们居住的星球。

虽然走上化学之路的原因各不相同，

但化学的魅力使他们欲罢不能。

他们是化学界的“007”，

他们就是2016级的ACS青年才俊班——“The Talented 12”。

上一篇文章介绍了六位青年才俊，这次介绍其他六位。

Ke Xu

图片来源：C&EN

代号：图像神探

故乡：中国延安

现职：加州大学伯克利分校

博士：加州理工学院

年龄：33

榜样：Richard Feynman，他同时兼备冒险精神和脚踏实地的作风，完美结合理论和实践，伟大的科学家和教育家。

如果没有化学，我想成为：音乐家或者程序员

人物小传：

在加州理工的第一天，导师Jim Heath给了Xu一篇待发表的论文，Heath回忆到，第二天一早他就收到了一段很长的批注，指出其中的理论部分并不完全正确，“我觉得这也太扯了”，但旋即Heath就认识到Xu是正确的。Xu的名字后来也被添加到了论文作者中，随后的几年里，Xu的学术研究驶上了快车道。在加州大学伯克利分校独立工作三年以来，Xu已在超分辨光学显微镜方面做出了巨大贡献，比如生成细胞精密结构的彩色图像。Xu的贡献之一是结合荧光光谱和超分辨光学显微镜，科研人员可以方便的在同一时间观测细胞中的不同组分。采用这种技术，Xu可以用荧光广谱差别不大的染料或蛋白标记细胞中的各组分，甚至可以同时用四种颜色成像，所实现的分辨率在之前是无法想象的。另一个贡献是将超分辨荧光成像和电子显微镜结合，使同一个细胞不必干燥就能成像，摆脱之前电镜样品需要脱水处理所导致的操作复杂、容易出错、图像和结论难以关联起来的窘况。Xu计划用他的方法在纳米分辨率水平观测细胞内部结构和动力学，以揭示细胞内部是如何工作的。Heath这样评价Xu的工作，“自从他来到伯克利，就完成了两个非常漂亮的工作，极大的推动了他所在领域的进展，要知道这个领域绝不是无人问津，反而研究人员众多。”

科研一览图：

图片来源：C&EN

将荧光色谱和超分辨成像结合，Xu收集标记细胞组分的各种染料分子发出的光线，再进行分析以揭示细胞的结构和化学成分细节。上图中，黄色是哺乳动物细胞中的过氧化物酶体，紫色是线粒体。

三篇代表性论文：

1. “Ultrahigh-Throughput Single-Molecule Spectroscopy and Spectrally Resolved Super-Resolution Microscopy” (Nat. Meth., 2015, DOI: 10.1038/nmeth.3528)

2. “Graphene-Enabled Electron Microscopy and Correlated Super-Resolution Microscopy of Wet Cells” (Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms838)

3. “Actin, Spectrin and Associated Proteins Form a Periodic Cytoskeletal Structure in Axons” (Science, 2012, DOI: 10.1126/science.1232251)

Juan Pablo Maianti

图片来源：C&EN

代号：疾病译码员

故乡：乌拉圭派桑杜

现职：生物技术公司（目前是最高机密）

年龄：33

博士：哈佛大学

榜样：Maianti并没有指明是谁，出于科学的好奇心把化学和其他学科紧密结合的科研人员都是，如化学生物学界的明星Christopher Walsh、Stuart Schreiber和Peter Schultz。

对年轻科研人员的忠告：作为人类也不错，我们有爱情、美食、安睡、运动。我们做科研是因为它使我们快乐，这值得坚持下去。

人物小传：

当我们吃下一口面包、一勺蜂蜜或一块牛排后，体内的内分泌系统魔术般的将血糖水平调节到正常，当这个魔术无法正常表演时，那就有可能患上2型糖尿病了，也就是胰岛素失调。为使胰岛素恢复平衡，Maianti花费数年时间研究胰岛素降解酶IDE（insulin-degrading enzyme）的生物学和化学功能。在哈佛大学David Liu课题组读研期间，Maianti开发了第一个真正意义上的IDE抑制剂，不过这个化合物的小鼠模型研究颠覆了60年来对IDE的认识。如预期一样，动物实验表明IDE抑制剂减缓了胰岛素的分解，随之降低了血糖，然而实验发现IDE还作用于另外两种激素：胰淀素（amylin）和胰高血糖素（glucagon）。胰高血糖素升高血糖，又称升糖素，与胰岛素对抗。当时Maianti面临着异常艰巨的任务，他的化合物要有选择性，既能减缓胰岛素的降解，也能让胰高血糖素向往常一样分解，但时间所剩不多，3个月后就要论文答辩了，然而他做到了！设计复杂的化合物令人印象深刻，不过Liu夸赞Maianti可能是他“最有才华的学生”，原因却是他在药物发现领域中具备从化合物合成直到动物实验的统筹能力。Maianti现在试图把他的抑制剂转化为药物，与导师Liu、哈佛校友Alan Saghatelian一起成立一家生物技术公司筹集资金，Maianti协调工作并测试化合物。他起初并没想到创建公司，但机会就摆在面前，而这个机会可能真的是千载难逢。

研究一览图：

图片来源：C&EN

Maianti和同事们不仅设计了第一个胰岛素降解酶抑制剂作为抗糖尿病药物，还使它具备选择性，这些化合物减缓了胰岛素的降解，而且不干扰胰高血糖素的分解。

三篇代表性论文：

1. “Anti-diabetic Activity of Insulin-Degrading Enzyme Inhibitors Mediated by Multiple Hormones” (Nature, 2014, DOI: 10.1038/nature13297)

2. “Toxicity Modulation, Resistance Enzyme Evasion, and A-site X-ray Structure of Broad-Spectrum Antibacterial Neomycin Analogs” (ACS Chem. Biol., 2014, DOI: 10.1021/cb5003416)

3. “Structural and Kinetic Study of Self-Assembling Macrocyclic Dimer Natural Product Aminoglycoside 66-40C and Unnatural Variants” (Chem. Sci., 2012, DOI: 10.1039/C1SC00538C)

Bill Morandi

图片来源：C&EN

代号：分子机械师

故乡：瑞士弗里堡

现职：马克斯普朗克煤炭研究所

年龄：33

博士：苏黎世联邦理工学院

榜样：1963年诺贝尔化学奖得主卡尔·齐格勒，他一开始集中在基础研究并不在意应用，但当他发明低压合成聚乙烯的方法时，他意识到了这一工作的巨大应用潜能。

对年轻科学家的忠告：集中精力在你感兴趣的领域，多结交些聪明的朋友，也不要太把自己当回事，尊敬所有的同事。

人物小传：

作为一名有机合成化学家，Bill Morandi的工作当然是合成分子，但他的兴趣不是缓慢耗时的复杂天然产物或药物分子的合成，Morandi喜欢更快的节奏，别忘了他以前玩过乒乓球。为快速达到目标，现在Morandi团队的研究内容是发现为分子添加或脱去官能团的新方法，以得到有价值的化合物。例如，他开发的新反应可以让来源于石油的简单分子结构变得复杂起来，或者将来源于生物质的复杂分子结构变得简单。Morandi说，官能团赋予分子功能和独特的性质，通过有选择性地添加或脱去官能团，化学家就能把一个普通分子变为另一个高价值的分子。基于这种指导思想，Morandi团队开发了一个反应，能选择性地脱去分子两个相邻羟基中的一个。他们发明了一种可控可逆的烯烃与腈的转化反应，并且避免了在氢氰化反应中使用剧毒的氰化氢，更加安全（点击阅读详细）。除此之外Morandi特别注重可持续性，他的实验室所有的反应都采用储量丰富价格便宜的催化剂。现在Morandi的工作得到马普煤炭所的另一位大咖Benjamin List的赞赏。

科研一览图：

图片来源：C&EN

Morandi开发的可持续性反应，如卡通图所示，在镍催化剂的作用下，从供体腈基化合物上转移氢原子和氰基到烯烃上，形成新的腈，且避免使用剧毒试剂。

三篇代表性论文：

1. Catalytic Reversible Alkene-Nitrile Interconversion through Controllable Transfer Hydrocyanation” (Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aae0427)

2. “Boron-Catalyzed Regioselective Deoxygenation of Terminal 1,2-Diols to 2-Alkanols Enabled by the Strategic Formation of a Cyclic Siloxane Intermediate” (Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201503172)

3. “Direct Catalytic Synthesis of Unprotected 2-Amino-1-Phenylethanols from Alkenes by Using Iron(II) Phthalocyanine” (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201507630)

Alison Narayan

图片来源：C&EN

代号：酶学超级特工

故乡：美国密歇根州弗兰肯默斯镇

年龄：32

现职：密歇根大学

博士：加州大学伯克利分校

如果没有化学，我想成为：律师，我喜欢立宪制下的法律，梦想成为一名法官，最好是最高法院的大法官。

对年轻科学家的忠告：坚持你的理念、实践和渴望。

人物小传：

Alison Narayan的工作就像在做超级特工，策反敌方间谍为我所用，只不过她的对手是微生物体内的酶，例如把蓝细菌中分泌致命的石房蛤毒素的酶改造为生产救人良药的生物机器。这种酶的化学功能很独特，它能在非常复杂的化学分子上不可思议地引入含氧官能团，这对传统化学家而言简直是难以完成的工作，而含氧官能团对分子的生物活性至关重要。Narayan不是第一个改造酶的化学家，蛋白质工程师花费数月甚至数年改造蛋白质使它只能对一个底物起作用。Narayan的创意更大胆，她要让酶能适用于更多的底物，完成复杂精细的化学反应。这就需要对微生物基因组进行研究来挖掘有用的酶，改造并优化它们以适应多个底物，甚至将它们整合到传统的化学合成中去更有效地制造复杂的分子。在密歇根大学David H. Sherman课题组做博后时，她证实这个想法。她改造细胞色素P450酶，在薄荷醇及其他非天然底物难以修饰的位点上引入羟基。现在Narayan成立了自己的课题组，将目光锁定在石房蛤毒素（saxitoxin，STX）上。石房蛤毒素属海洋麻痹性贝类中毒毒素（Paralytic shellfish poison, PSP），为剧毒海洋生物毒素，来源于海洋或淡水中某些有毒藻类，并通过食物链蓄积于贝类、蟹类等水产品中，是赤潮的主要毒性物质。它能随意进攻所有电压门控钠离子通道（一种膜蛋白，对在大脑、心脏和肌肉中电信号的产生十分关键）。如果能将石房蛤毒素改造为只针对一种钠离子通道，那么它就能华丽的变身为无成瘾作用的止疼药、新化疗药或神经系统药物。Narayan目前的挑战是让酶生产石房蛤毒素，然后在毒性基团的不同位置引入含氧官能团。她认为，通过基因组学将微生物的酶进行改造去制造或修饰化学分子是一个宝藏，它能完成合成有机化学望而不及的任务。

研究一览图：

图片来源：C&EN

博后期间，Narayan修饰了P450酶的活性位点，使它能够在非天然底物上加上羟基。她将P450活性位点上的关键氨基酸偷梁换柱，以适应非天然底物，如薄荷醇。

三篇代表性论文：

1. “Enzymatic Hydroxylation of an Unactivated Methylene C–H Bond Guided by Molecular Dynamics Simulations” (Nature Chem., 2015, DOI: 10.1038/nchem.2285)

2. “Directing Group-Controlled Regioselectivity in an Enzymatic C–H Bond Oxygenation” (J. Am. Chem. Soc., 2014, DOI: 10.1021/ja5016052)

3. “Indolizinones as Synthetic Scaffolds: Fundamental Reactivity and the Relay of Stereochemical Information” (Org. Biomol. Chem., 2012, DOI: 10.1039/clob06423a)

Renã Robinson

图片来源：C&EN

代号：蛋白质组学密谍

故乡：美国肯塔基州路易斯维尔

现职：匹兹堡大学

博士：印第安纳大学

榜样：无特定人物，任何Robinson接触到的女性分析化学家和质谱学家都是兼顾事业和家庭的榜样。

如果没有化学，我想成为：旅行作家和网络大V，在全世界旅行，发现那些不为人知的美景。

人物小传：

Renã Robinson并不是一个从孩提时期就立志成为化学家的人。中学时期她的父亲因心脏疾病去世，这使得她希望将来能成为一名心脏外科医生。但随后的实习经历使Robinson感觉无力承担掌握他人生死的责任，于是她选择继续读研。在印第安纳大学，她研究果蝇衰老的蛋白质组学，在David Clemmer课题组，Robinson充当技术先锋，结合两种分析技术：离子淌度质谱和时间飞行质谱，以大规模分析和辨别蛋白质。当时尚未有此技术的商业化仪器，在导师看来Robinson的实验充满挑战，绝不是例行公事而已。毕业后，Robinson觉得还没有多少非洲裔美国人像她一样，使命感促使Robinson进入学术界成为一名优秀的女性科学家。现在，Robinson在匹兹堡大学成立自己的实验室，继续从事衰老和神经退行性疾病的研究，特别是找出大脑或人体其他部分如何影响阿尔兹海默氏症，以寻找新的治疗靶标。Robinson开发的蛋白质组学分析方法能够辨别哪些蛋白被氧或者是其他活性物种修饰。下一个五年，她希望能解决一个阿尔兹海默氏症研究中的“先有鸡还是先有蛋”的问题：大脑外的变化（例如氧化应激或代谢改变）先出现，还是大脑内的变化先出现？这些信息有助于重新定义阿尔兹海默氏症，并寻找新的治疗方法。

研究一览图：

图片来源：C&EN

Robinson希望去理解身体中的蛋白是如何响应或预示阿尔兹海默氏症的发生。她用同位素标记从多种组织中提取的蛋白质，然后进行蛋白质组学分析。现在Robinson所用的样品还是来源于老鼠和其他动物（如上图），对人体组织的分析是她的最终目标。

三篇代表性论文：

1. “Global cPILOT Analysis of the APP/PS-1 Mouse Liver Proteome” (Proteomics: Clin. Appl., 2015, DOI: 10.1002/prca.201400149)

2. “Proteomics Reveals Age-Related Differences in the Host Immune Response to Sepsis” (J. Proteome Res., 2014, DOI: 10.1021/pr400814s)

3. “Examining the Proteome of Drosophila across Organism Lifespan” (J. Proteome Res., 2007, DOI: 10.1021/pr070224h)

Alex Spokoyny

图片来源：C&EN

代号：无机分子架构师

故乡：俄罗斯莫斯科

现职：加州大学洛杉矶分校

年龄：31

博士：西北大学

榜样：祖父Yuri Spokoyny，他出生在一个贫穷的犹太家庭，在第二次世界大战中幸存下来，后来成为苏联知名的电气工程师。

如果没有化学，我想成为：律师或酒吧老板，我喜欢与人打交道，有时还爱和他们辩论一二。

人物小传：

Alex Spokoyny也不是一个从孩提时代就立志成为科学家的人，尽管家庭里科学气氛浓郁。他的父亲是物理学家，母亲是生物学家，但小小的Spokoyny却抵触科学，他感到成为科学家压力山大，经常和父母拌嘴。但Spokoyny胳膊拧不过大腿，最终还是妥协了，去上了俄罗斯的一所理科高中，结果父母没办到的事情学校办到了，他迷上了化学。化学实验的奇妙现象捕获了Spokoyny的好奇心，他对化学知识如饥似渴，这使得Spokoyny后来涉猎了多个领域，如硼团簇材料、金属有机骨架配合物、蛋白质修饰技术等。现在Spokoyny厚积而薄发，从事自创的“仿有机化学”（organomimetic chemistry）。由于现在仍缺乏合成砌块去构建分子，Spokoyny的目标是开发“立体的”基于硼的无机团簇分子代替“平面的”有机分子。在团簇上用各种官能团修饰，就能赋予分子新的功能，例如，引入芳基醚结构随后光激活聚合反应，就能避免使用金属催化剂。仿有机化学还有很多其他潜在用途，如将太阳光转化为电能或开发选择性的化疗药物。博士期间的导师西北大学教授Chad A. Mirkin教授认为Alex对反应有更好的理解，驾驭反应的能力甚至超过不少成名的教授。

科研一览图：

图片来源：C&EN

Spokoyny的课题组建立了光活化的官能团化碳代替金属催化剂。上图展示其中一种，可以活化异丁烯聚合为高度支化聚合物。

三篇代表性论文：

1. “Visible-Light Induced Olefin Activation using 3D Aromatic Boron-Rich Cluster Photooxidants” (J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b03568)

2. “A Perfluoroaryl-Cysteine SNAr Chemistry Approach to Unprotected Peptide Stapling” (J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja400119t)

3. “A Coordination Chemistry Dichotomy for Icosahedral Carborane-Based Ligands” (Nature Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1088)

http://talented12.cenmag.org/

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