为理解生命的化学起源增加了约束条件

马特·波纳总是在寻找他的下一个项目。他说:“当你不知道事情是否会成功时，那是超级令人兴奋的。”这才是我从事科学研究的真正动力。”

波纳本质上是一位有机化学家。最近，他一直在寻找在水中起作用的化学合成，并可能在生命起源时创造出第一批肽。“了解生命的起源显然是一个涉及许多不同科学的大问题。这是一个你可以用有机化学家的技能来解决的问题。”“但在实验室里，我们必须把挑战分解成对我们的工作方式有意义的项目，所以我们必须解决符合博士和博士后时间表的问题。”

Powner的团队开始研究肽合成时完全是新手。“我们想要解释为什么生物合成肽的方式与化学家完全不同。“所有化学肽合成本质上都以相同的方式工作:进入的氨基酸在被依次合并之前被激活，使聚合物从C端生长到N端。”但生物学恰恰相反:它从N端开始，在生长聚合物的活化C端形成肽键。

2019年，Powner的研究小组报告称，氨基腈可以在生物前合理的条件下结扎并生成多肽。氨基腈被广泛认为是氨基酸的非生物前体¹-原则上，你只需要水解它们就能得到氨基酸。但我们考虑过，如果我们把中间产物和反应结合在一起会怎样?氨基腈在水中会产生多肽吗?“‘

研究小组发现，α-氨基腈在中性pH下可以完美地成为亲核试剂。²“一旦它们结合，就会从氨基腈(胺向丁腈提供电子)变成酰胺腈(酰胺从丁腈吸收电子)。”通过将氨基腈与肽结合，你可以改变底物的电子给电子和电子吸电子特性。他解释说:“将氨基腈附着在肽上，使其成为亲电试剂，然后进行下一轮激活，这样就可以连接另一个氨基腈了。”研究结果表明，直接连接蛋白源α-氨基腈是合成多肽的最简单途径。

如果你没有遇到问题，你就需要一个更困难的项目

“很容易看出如何通过这种策略构建功能分子。^3.你可以从任何角度，一旦你有一个功能α-肽，你需要复制。然后生物化学可以做生物化学该做的事情——它可以发明新的角度，新的途径，从不同的方向带来新的物质，来构建功能分子。这是典型的生物合成:当你用完了材料，你就从生物化学的另一个部分或另一个营养来源中提取它，只要你得到相同的产品，材料从哪里来就变得不重要了。但一开始你需要发现它的结构它能给你进化上的优势来证明这就是我们想要制造的化合物。你不能反过来做。这是偶然的。进化没有目标，它创造事物，它们要么是有利的，要么不是。”

玩角度

Powner说，如果不是因为他对系统化学的特别研究，他永远不会从这样一个不寻常的角度来研究肽合成。“对我来说，系统化学是试图通过全面地看待一种情况，并从你正在研究的特定点之外的角度应用约束你的规则来了解更多。”如果你把知识点三角化，你会学到更多，而不是只与知识有线性关系。这种系统方法支撑了Powner的所有研究链，这些研究链超越了肽合成。“因为我们在这么多不同的分子类别中思考，这迫使你思考更多的化学问题，并鼓励你提出的问题类型和你玩的分子类型多样化。”我们当然不是唯一以这种方式研究化学的人，但我们并不是把化学作为一种开发方法论的练习。我们有一个问题，我们如何解决并不重要。

他探索生命起源的系统化学方法使波纳被提名为化学决赛选手2021年英国布拉瓦尼克青年科学家奖．谈到这个奖项，他说:“这是一个真正的荣誉。我感觉不到工作的所有权——这是一个集体练习。我们所有人都很高兴得到认可，我们的工作被看到。”

波纳告诉他的博士生和博士后们，永远不要把他的话视为理所当然——“我们总是会去检验它”——他们的想法和他的一样好。“我鼓励营造一种人人都好奇的氛围。我试图灌输这样一种观念，如果你没有遇到问题，如果你所做的一切都很成功，那么你就不是在挑战自己，你需要一个更困难的项目。他还要求他的团队从外部角度思考他们的工作。“你会如何向其他人解释为什么这很重要?”考虑到这一点可以帮助指导他们下一步要去哪里。在思考问题时，永远要着眼于未来。”

那么，波纳实验室的下一步计划是什么?他说，尝试建立正交结构，并让它们在不同的分子类之间通信。但是，“如果你在四五年前问我同样的问题，我肯定不会说缩氨酸。在某种程度上，我希望我没有意识到我们在未来10年要做什么。因为这有希望把我们带到一个新的、令人兴奋的地方。”