《周禮·天官·獸醫(yī)》記載,“獸醫(yī),掌療獸病,療獸瘍?!焙芫弥?,人類在發(fā)展畜牧業(yè)的同時,便開始了與動物疾病的斗爭。歷經(jīng)時間長河的洗禮,獸醫(yī)學的概念早已不再局限于“為獸醫(yī)病”,而是發(fā)展為涵蓋人獸共患疾病、食品安全、微生物耐藥、比較醫(yī)學等領域的綜合性學科。
主持制定獸藥殘留檢測方法國家和行業(yè)標準、填補獸藥及有害物質(zhì)殘留快速檢測產(chǎn)品空白、率先發(fā)現(xiàn)重要抗生素耐藥新基因……中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院院長沈建忠已在動物醫(yī)學的教學與科研領域?qū)W習、工作了40余載?!拔液芟矚g我的工作,我們的研究不僅僅在為動物的健康服務,也是在為人類的健康服務?!?/p>
引領行業(yè)標準制定
坐落于中國農(nóng)業(yè)大學(西校區(qū))的國家獸藥安全評價中心,有兩間色譜質(zhì)譜室,多臺大型精密儀器全年無休。天平室、樣品前處理室、檢測室、數(shù)據(jù)分析室等一應俱全,組成藥物殘留檢測技術研究的“流水線”。
時間拉回到20世紀80年代末至90年代初,藥物殘留檢測技術研究還是另一番景象。
那時,我國剛剛開展規(guī)?;B(yǎng)殖,農(nóng)副產(chǎn)品也陸續(xù)出海。然而,最初出口到國外的一些動物源性產(chǎn)品卻被檢測出藥物殘留不符合當?shù)貥藴?,這讓沈建忠非常著急?!霸谝?guī)?;B(yǎng)殖中使用獸藥來防治動物疾病,這在國外已屢見不鮮。但我國在規(guī)?;B(yǎng)殖方面與歐美發(fā)達國家還有差距,有些技術水平未能滿足規(guī)?;B(yǎng)殖需求?!鄙蚪ㄖ医忉?。
想要確認藥物殘留是否超標,就要制定相應的檢測手段,還要有與國際同步的相關標準。彼時,沈建忠剛剛從北京農(nóng)業(yè)大學(現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)大學)畢業(yè)留校任教不久,他臨危受命——兩間實驗室、一套液相色譜儀,開始了我國動物源性食品藥物殘留檢測方法及殘留限量標準的研究工作,成為這一領域的開拓者之一。
“那時實驗室條件非常艱苦,我們利用已有的設備,借鑒國外的方法,將國外的標準消化吸收,最終組織起草了我國最早一批動物源性食品殘留檢測方法的規(guī)范?!北澈蟮膲毫托量?,沈建忠沒有過多提及。
1999年底,沈建忠作為項目負責人,提交了在中國農(nóng)業(yè)大學建設“國家獸藥安全評價中心”的申請報告,并獲批準。以此為起點,他帶領團隊主持制定了一批又一批獸藥殘留檢測方法國家和行業(yè)標準,同時作為主要參與者制定了獸藥殘留限量標準,為我國動物源性食品安全監(jiān)控提供了技術手段和依據(jù)。
沈建忠曾經(jīng)的博士生劉德俊如今擔任他的助手。他充當向?qū)?,帶領記者參觀了國家獸藥安全評價中心,了解成果產(chǎn)出的背后。
“要檢測食品中的藥物殘留,我們不能把食品直接放到儀器里,而是首先要進行樣本前處理?!闭驹跇悠非疤幚硎依?,劉德俊指著繁復的設備解釋,“我們要運用一系列復雜技術將肉蛋奶里面的痕量目標化合物提取出來,并去除一起提取出的雜質(zhì),充分凈化濃縮后再送入儀器檢測?!?/p>
隨著對食品安全的要求越來越高,某些殘留物的限量標準可低至每千克不到1微克的水平。除了前處理提取技術,精密儀器的使用也非常關鍵。劉德俊邊走邊解釋,基于超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜儀的分析技術被視為確證分析的“金標準”,該技術在對待檢樣本快速分離的同時,還能夠達到極高的靈敏度?!霸谏蚶蠋焺倓倧氖職埩魴z測研究的年代,實驗室只有色譜儀,檢測難度和工作量是現(xiàn)在的許多倍?!?/p>
看著在各個實驗室忙碌著的工作人員和學生,沈建忠心生欣慰?!霸讷F藥殘留檢測方法國家標準和行業(yè)標準制定方面,我們實驗室依然發(fā)揮著重要的引領作用?!?/p>
打破快檢國外壟斷
2008年,奶制品污染事件讓社會上對三聚氰胺的檢測需求猛增。我國乃至國際上都沒有有效的檢測手段;奶站、超市、農(nóng)貿(mào)市場等場所急需的、在幾分鐘內(nèi)快速準確檢測的技術,更是世界級難題。當時的科技部、國家質(zhì)檢總局、農(nóng)業(yè)部等多個部委迅速行動,成立了專家組,在中國計量科學研究院里設置了“快速檢測技術測試現(xiàn)場”,100多家科研單位、企業(yè)的科研人員先后帶來自己的產(chǎn)品接受專家現(xiàn)場評估。
沈建忠團隊創(chuàng)制的產(chǎn)品第一個“過關”。之后,產(chǎn)品迅速投放市場,將三聚氰胺牢牢地擋在了人們的餐桌之外。隨后,針對動物源性食品中的抗菌藥物等小分子化學性危害物,團隊又開發(fā)了一系列現(xiàn)場快速檢測產(chǎn)品,檢測的靈敏度和速度持續(xù)提升。如今,這些產(chǎn)品已成為行業(yè)的主流。
厚積才能薄發(fā)。
沈建忠的速度來自多年的技術積累。早在2000年前后,他就敏銳地意識到,實驗室儀器檢測的方法無法滿足開展現(xiàn)場檢測的市場需求,發(fā)展快速檢測技術勢在必行。
“實驗室檢測盡管結(jié)果準確,但操作步驟繁瑣、速度慢,檢測樣品需要使用大量有機溶劑提取,容易造成污染,同時需要有專業(yè)人員的操作,檢測費用也高。此外,對食品安全的要求使得對檢測靈敏度的要求越來越高,而高靈敏度的儀器價格勢必更加昂貴。這些因素都不利于在實驗室里開展大規(guī)模的藥物殘留檢測?!鄙蚪ㄖ艺f。
國外廠商顯然也瞄準了快速檢測這一商機,相關產(chǎn)品幾乎壟斷了當時中國90%的市場。然而,進口產(chǎn)品動輒數(shù)千元,受制于高昂的成本,大規(guī)模開展食品檢測幾乎不可能?!澳菚r候我就想,我們科研人就應該在這時候扛起重擔。”于是,他義無反顧地帶領團隊走上了殘留快速檢測技術的自主研發(fā)之路。
藥物殘留快速檢測,主要采用免疫分析的方法,利用的是抗體對藥物的特異性識別反應?!暗鞍踪|(zhì)這樣的大分子物質(zhì)產(chǎn)生抗體是很容易的,但是獸藥、違禁添加物都是小分子化合物,分子量很小,難以產(chǎn)生有效的免疫應答,導致制備高親和力特異性抗體非常困難,而抗體是實現(xiàn)快速檢測的關鍵?!鄙蚪ㄖ业莱隼щy之處。
困難擋不住科研人的腳步。
比如,針對喹諾酮類藥物這類小分子化合物,在研究分子結(jié)構的基礎上,沈建忠還從分子的改造上想辦法。他帶領團隊采用計算機輔助設計、精準定點修飾等多種技術,設計合成了具有不同結(jié)構特征的數(shù)十種半抗原分子,再將這些半抗原分子載體蛋白進行連接,制備出了近百種免疫原;經(jīng)過半年多努力、數(shù)百次的失敗后,他們最終獲得了可特異性識別多種喹諾酮類藥物分子的高性能單克隆抗體,為該類藥物快速檢測產(chǎn)品的研發(fā)提供了關鍵核心材料。
未雨綢繆才能防患于未然。
在十幾年的時間里,沈建忠?guī)ьI團隊又相繼解析了一系列小分子化合物結(jié)構性質(zhì)與免疫應答強度的相關性規(guī)律,基于單克隆抗體精準創(chuàng)制和進化理論技術的突破,構建了一個涵蓋食品產(chǎn)業(yè)鏈中主要獸藥等小分子化合物,庫容量超過600種的抗體資源庫。
“我們已經(jīng)走通了關鍵的技術路線,以后再遇突發(fā)的食品安全事件,我們可以直接套用現(xiàn)成的技術體系,第一時間拿出快速檢測產(chǎn)品?!?/p>
讓沈建忠自豪的是,在他以及國內(nèi)同行的共同努力下,快速檢測產(chǎn)品的市場占有率已經(jīng)從十多年前的不到10%提升到了90%以上,價格僅是國外產(chǎn)品的幾十分之一。
鑒于在動物源性食品安全殘留檢測領域取得的成就,他的團隊于2006年和2015年分別獲得國家科學進步二等獎和國家技術發(fā)明二等獎。
成果推動政策調(diào)整
放眼全球,細菌耐藥性已經(jīng)成為一個重大的公共衛(wèi)生問題。
動物也會生病,抗菌藥物在養(yǎng)殖業(yè)中的使用不僅帶來了藥物殘留,還有可能導致動物源細菌耐藥性的產(chǎn)生與傳播。這也成了沈建忠及其團隊又一重要研究方向。在沈建忠看來,細菌耐藥性流行帶來的威脅主要體現(xiàn)在兩個方面:藥物失效,動物的疾病得不到及時治療,肉蛋奶供應得不到保障;動物源耐藥菌/耐藥基因會通過食物鏈、環(huán)境進行傳播,對動物和人的健康造成危害。
2001年,沈建忠申請的國家自然科學基金項目“大腸桿菌對氟苯尼考耐藥性分子機制研究”,是動物醫(yī)學領域較早獲得的有關動物源細菌耐藥性研究的專項課題。隨后,他聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學、浙江大學等單位,組建了一支專注于細菌耐藥性研究的科研團隊,圍繞耐藥性產(chǎn)生、傳播與控制等關鍵科學問題開展了研究。
經(jīng)過近20年的合力攻關,團隊已構建了涵蓋近80萬條數(shù)據(jù)的動物源細菌耐藥性數(shù)據(jù)庫,探明了動物主要病原菌耐藥性的變化趨勢,揭示了多種細菌耐藥性的產(chǎn)生與傳播機制,闡明了這些耐藥細菌與耐藥基因在動物、環(huán)境/食品及人群間互相傳播的規(guī)律及風險。這些研究成果為我國乃至全球應對細菌耐藥性提供了重要的科學依據(jù)。
在這一領域取得的多項成果中,最讓他驕傲的是團隊對人類抗菌藥物“最后一道防線”的守護。
“守護戰(zhàn)”的對手是多黏菌素。沈建忠說,多黏菌素對食品動物具有良好的抗菌促生長作用,在過去半個多世紀以來,許多國家將其廣泛用作抗菌促生長劑。以往研究表明,多黏菌素耐藥主要由細菌染色體突變引起,不可水平轉(zhuǎn)移,不易傳播擴散。因此,多黏菌素耐藥性多年來一直處于較低水平,未引起廣泛關注。
然而,團隊開展的動物源細菌耐藥監(jiān)測顯示,自2006年開始,多黏菌素耐藥率快速升高,但成因不明。這一發(fā)現(xiàn)提示,該藥可能出現(xiàn)了可水平轉(zhuǎn)移的耐藥新機制,并對醫(yī)學臨床上多黏菌素的使用造成潛在風險。
“守護戰(zhàn)”一打就是十余年。在這期間,團隊研究人員持續(xù)在各個環(huán)節(jié)采集細菌樣本,對細菌的結(jié)構“析毫剖厘”,試圖捕捉到耐藥背后的罪魁禍首。功夫不負有心人,他們率先發(fā)現(xiàn)了mcr-1這一可水平轉(zhuǎn)移的多黏菌素耐藥新基因,并揭示了該基因及其攜帶菌在動物-食品/環(huán)境-人間傳播的流行規(guī)律和風險。
該成果的問世,突破了多黏菌素不存在可轉(zhuǎn)移耐藥機制的傳統(tǒng)觀點,揭示了多黏菌素耐藥性迅速上升的主要原因,推動了全球多個國家和國際組織抗菌藥物使用政策的調(diào)整,為我國抗菌藥物減量化行動計劃的出臺和有效實施提供了關鍵性科學依據(jù)。沈建忠也憑借該成果獲得了2023年度國家自然科學二等獎。
教導學生誠實踏實
開學在即,沈建忠在忙于科研的同時,不忘抽時間為本科生備課——《獸醫(yī)科學發(fā)展與人類健康》,這門課他已經(jīng)連續(xù)上了好多年,但每次上課之前,他總要重新備課,補充最新的科研成果,結(jié)合本科生培養(yǎng)要求融入新的內(nèi)容。
“教書不能用嘴去教,而是要用心去教。作為老師,得確保自己課程的內(nèi)容有吸引力。”在所有的頭銜之外,“老師”對沈建忠具有特別的意義。因為他看到過好老師的樣子,也因為他曾差一點沒將老師的職業(yè)道路走到底。
出生在浙江桐鄉(xiāng)的沈建忠從小就一直想去看看外面的世界。1980年高考時,他便報考了北京的院校,從此與北京農(nóng)業(yè)大學(現(xiàn)中國農(nóng)業(yè)大學)結(jié)下了不解之緣。那時,學校周圍空曠荒涼,他的內(nèi)心卻異常充實。北京農(nóng)業(yè)大學由北京大學、清華大學、華北大學的農(nóng)學院合并而成,獸醫(yī)系的老師資歷深厚,很多都是留學歸來。在老一輩科學家的身上,沈建忠看到了執(zhí)著的力量,也堅定了學習動物醫(yī)學專業(yè)的信心,并逐漸從一名動物醫(yī)學研究的門外漢變成了行家里手。
本科、碩士、博士一路向前,沈建忠把動物醫(yī)學這個專業(yè)越讀越精深。在這個過程里,他越來越深地意識到動物醫(yī)學對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要性,也慢慢堅定了投身動物醫(yī)學教育的決心。因此,剛剛留校任教時,他懷抱著滿腔的熱情,希望將自己所學傳授給更多的學生,讓更多的學生投身國家動物醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展。
然而,留校后的現(xiàn)實又讓他陷入了迷茫:簡陋的實驗條件、緊張的科研經(jīng)費以及身邊不少下海經(jīng)商的同行,“錢”景無限的未來、浙江人骨子里的經(jīng)商基因,讓他一度動搖。
父親的一席話讓沈建忠看清了自己的內(nèi)心?;貞浧甬斈昱c父親談話的場景,沈建忠依然感慨萬千?!百嶅X不是壞事,但你賺再多的錢,也總有人比你賺的錢更多。可是如果你認認真真做一名好老師,幾十年后桃李遍天下,這些財富是無法用金錢衡量的?!备赣H簡簡單單的幾句話,讓沈建忠幡然醒悟,重拾“做個好老師”的初心。
“我的性格就是這樣,既然下決心做,肯定不會拖泥帶水?!?/p>
即使已是院士,他仍然堅持為本科生上課,他想讓自己學院以外的學生也能科學地認識動物醫(yī)學,了解這一學科不僅跟動物健康有關,還與人類健康密切相關。憑著嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和生動幽默的講述,沈建忠深受學生歡迎?!巴ㄟ^這些課程,更多的年輕人了解并喜歡上了動物醫(yī)學,每年通過轉(zhuǎn)專業(yè)政策進入我們學院的學生超過40人?!鄙蚪ㄖ艺f。
在沈建忠看來,要教好學生,不僅要培養(yǎng)他們對專業(yè)的興趣,還要培養(yǎng)他們正確的人生觀、世界觀。“誠實地做人、踏實地做事”是他最看重的品質(zhì),因此,他還承擔了研究生的《科研誠信與學術規(guī)范》這門課程,幫助將來走向科研道路的學生系好第一??圩?。
父親當年的愿景如今已經(jīng)成為現(xiàn)實。沈建忠桃李滿天下,他培養(yǎng)過的200多位博士生、碩士生中,不乏教育部“長江學者”、國家“杰出青年科學基金”獲得者等國家級人才。他們就像一顆顆火種,為中國動物健康、食品安全與公共衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展不斷貢獻著自己的智慧與力量。(牛偉坤)