This special issue launched by CNHUPO (HUPO in China) reviews the major advances in proteomics from 2001 (HUPO initiation) to 2021 (the 20th anniversary of HUPO). Jiaqi Zhang wrote the draft. I reviewed the scientific content. Permission to reproduce and modify the issue was granted. The original version (Chinese) could be referenced here. You could use the Language Switch icon at the top right of this page for assisted reading.
The Original Title: John Fenn 躬身入局|生物大分子分析领域的变革
1迷茫 | 对科研失去兴趣
拥有坚固家庭后盾的Fenn在1940年获得耶鲁大学博士学位。在耶鲁的生活让他感到快乐且充满意义，但他同时也对学术研究失去了兴趣。
首先，Fenn在选择学校、学院时十分迷茫：他对耶鲁大学或西北大学导师的研究领域一无所知，对学校设置的课程和研究意义也毫无概念。因此，当Gus Akerlof成为他的博导时，他既不兴奋，也不担忧，彷佛这件事与他本人并不相关。
Akerlof的想法有些特立独行，他对浓缩溶液怀有浓厚兴趣。顺理成章地， Fenn的博士论文任务便是在控制其他变量（如浓度间隔、溶剂种类、温度等）的条件下，测量银-氯化银和铂-氢的电极在0.01mol/L至10.0mol/L盐酸溶液中的电位差。
当时的Fenn认为实验是一项无聊的苦差事，几乎没有什么值得称道的地方。实验结果也没有任何惊喜，没有人对此感兴趣，尤其是他自己。那些日子对Fenn而言似乎是做一天和尚，敲一天钟，消耗时间而已。因为他既没有在这项研究中得到自我认可，也没有从中感受到科研的创新魅力，反而消减了他对科研的热忱。
甚至，他的博士毕业论文并没有在完成后立即发表，而是以表格形式发表于几年后Akerlof撰写的评审文章中。Fenn直言，“我的毕业论文由45页的表格组成，但仅有只有3页的文字。这就是我的论文。”
因此，博士毕业后的他没有选择继续在象牙塔中做研究，而是转身扎进工业界。
2攀登 | 从火焰到分子束
1940年，他在孟山都化工公司（Monsanto Chemical Company）磷酸盐部的研究小组工作，年薪起步2700美金，而他和妻子一年的消费也仅是1000美金。突然从温饱进化为小康家庭，Fenn兴奋地有点不知所措，甚至跟母亲打电话说不知道如何能花完这多出来的1700美金。
后来，孟山都化工公司收购了一家化学公司，其主要产品是联苯及其氯化衍生物 Arochlors，也就是臭名昭著的PCBs（Polychlorinated biphenyls）。孟山都对Arochlors的不当处理使企业周围的土壤和水域环境都受到了严重污染，员工和镇民的对抗情绪日益高涨，并警告公司要采取法律行动。Fenn也因无法忍受这种恶劣的工作环境，在工作一年后离开了这家公司。 1945年，Fenn应前同事James W. Mullen II（有机化学博士，毕业于普林斯顿大学）邀约加入他的新公司Experiment，Inc.，从事喷气推进（Jet propulsion）项目研究（有时候被称为空气热力学，Aerothermodynamics）。 Fenn在这里度过了非常美好的7年。他不仅在这里发表了第一篇论文，还在高流速中稳定火焰这一研究领域中取得许多傲人进展，得到了该领域的广泛认可。意气风发的Fenn带着对科研的热情，重振旗鼓。1952年，在博导Akerlof的推动下，普林斯顿大学邀请Fenn担任由海军研究办公室（Office of Navy Reasearch，ONR）资助的SQUID项目的主任，这也是一个关于喷气推进的研究项目。虽然做的仍是老本行，但回到学术界对Fenn而言并不是一个简单的选择。他慎重思考、回忆着与出身于普林斯顿大学的James W. Mullen一起工作奋斗的7年。他们一路披荆斩棘，所获不菲，他因此也对这个学校有着非常好的印象，认为这个学校跟他培养出来的学生一样有魔力，能使人对研究产生无尽的激情与亢奋。于是，他答应了这个邀约返回学术界，并开启了自己学术研究新篇章——分子束技术（Molecular beam technology）。Fenn对分子束的兴趣源于范德比尔特大学（Vanderbilt University）物理学教授Philip Rudnick的一句话，“随着对火焰的了解，我越来越确信它们是一种生物，它应该属于生物学的研究范畴！”这个观点前卫得令人震惊。Fenn对此深表赞同更确信这一观点将引起许多研究人员的共鸣。因为他们都曾因火焰的变幻莫测而头痛不已。因为火焰确实像生物体一样，生来就需要燃料和氧化剂的滋养，在获得这些必需品的情况下可以肆意生长、繁殖；但当接触有害物质时，就会被“毒死”。除火焰的行为、结构复杂多变外，它的复杂性还体现在火焰燃烧过程中所涉及的每一个迥异的反应序列。因此，研究人员的研究重心是确定火焰的组成成分及找出温度随距离（即时间）变化的规律，即探究它们的“精细结构”，及其与行为之间的关系。然而，因受限于当时的研究技术和仪器，这些问题无法解决。后来，Fenn灵光一闪，提出假设：我们是否能够利用分子束对化学反应进行反应性散射实验，以对化学反应进行深入的研究观察。但当时 （1945年) 仍没有任何一个科学家能成功进行分子束反应散射实验。所幸，Sheldon Datz和Ellison Taylor于1956年实现了这项工作。他们的研究成果表明，钾原子束和溴酸分子束相交时可以产生能被检测到的溴化钾。这一成果意味着分子束反应散射实验时代的真正到来。
▲1956年, Sheldon Datz和Ellison Taylor成功进行分子束反应散射实验，并发表文章Ionization on Platinum and Tungsten Surfaces. II. The Potassium Halides
Fenn紧接着以分子束为轴心，不断深入，并在20世纪60年代末回到耶鲁大学继续他的分子束研究。此时的他共发表了十多篇与分子束研究相关的文章，并在该领域名声大噪。1977年，他被任命为第六届国际分子束研讨会（International Symposium on Molecular Beams）名誉主席，并在1985年成为国际分子束研讨会的第一位研究员。1982年，Alexander von Humboldt Foundation更授予他美国高级科学家奖。
同时，1986年的诺贝尔化学奖得主之一Dudley Herschbach亦在自己的演讲“基本化学反应的分子动力学（Molecular Dynamics of Elementary Chemical Reactions）”中，肯定了Fenn在该领域的先锋地位。虽然这些研究工作与电离电喷雾没有直接关系，但这使他对自由喷射膨胀的各种过程有了更深入、清晰的理解，为电离电喷雾技术的发明埋下了伏笔。
▲1986年的诺贝尔化学奖得主之一Dudley Herschbach
3登顶 | 获得诺贝尔桂冠
万事俱备，只欠东风。技术、经验等必要条件都有了，Fenn离电离电喷雾的发明启动还差一个契机，而这个契机与三位研究人员紧密相关。第一位是Seymour Lipsky。他是一位医学博士，1952年完成医学培训后来到了耶鲁大学，并于1966年成为耶鲁大学医学院的物理科学教授和物理科学部主任。Lipsky对分析化学的仪器发展，其在生物学和医学的应用，以及质谱分析应用都非常好奇，还发表了大量色谱法相关的文章。
▲Seymour Lipsky
1964年，Lipsky将Csaba Horvath带入耶鲁大学医学院。Horvath于1963年在弗莱堡大学（University of Freiburg）完成博士学业，而后移民美国。他在哈佛大学医学院马萨诸塞州总医院的物理研究实验室工作一年后，来到耶鲁大学从事高压液相色谱法的开发工作。
▲Csaba Horvath
最后一位研究人员可以说是将Fenn、Lipsky和Horvath聚集在一起的关键人物——美国西北大学的Malcolm Dole。1968年，Dole应用电喷雾离子质谱对聚苯乙烯大分子进行分析，并发表了电喷雾原理的相关文章。但他否定了自己的实验成果，因为他发现自己的实验结果毫无规律可言（因为他的实验存在失误）。因此，尽管Dole认为这个方法是可行的，但毫无实用性。
▲1968年，Malcolm Dole发表电喷雾原理的相关文章Molecular Beams of Macroions
▲Malcolm Dole
机缘巧合下，Lipsky和Horvath看到这篇论文并发现，Dole在论文中提及的Fenn（Dole论文的某个假设参考了Fenn之前的工作：Molecular beams with energies above one electron volt）似乎就是耶鲁大学工程系的Fenn。两位科学家看到了电喷雾技术的应用潜力，并找到Fenn，鼓励他在Dole的工作成果上，以自由喷射膨胀的角度开展进一步研究。同时，Lipsky和Horvath亦建议Fenn将分子束技术应用到液相色谱与质谱联用时的对接中。
▲1967年，John Fenn等科学家发表文章Molecular beams with energies above one electron volt
在两位教授的鼓励下，当时已经65岁的Fenn欣然接受挑战，并在1984年发明真正意义上的电喷雾离子源技术（Electrospray Ion Source）。1989年，Fenn乘胜追击，发明了用于质谱法的电喷雾离子化法（Electrospray ionization，ESI），并实现对多肽和蛋白质的检测。这项技术在推动了生物大分子研究的同时，也极大地拓展了质谱与液相的联用范围！Fenn的诺贝尔奖引文也指出，这项新方法促进了人类对生命过程的理解，更彻底改变了新药物的开发路径！
▲1984年，John Fenn等科学家发明真正意义上的电喷雾离子源（Electrospray Ion Source），并发表文章Negative Ion Production with the Electrospray Ion Source
▲1989年，John Fenn等科学家发明了用于质谱法的电喷雾离子化法（Electrospray ionization，ESI），并发表文章Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules
随后，Fenn在1988年的ASMS会议上介绍ESI技术，使其首次受到广泛关注，电喷雾革命更随之迅速展开，推动蛋白质组学的各项研究！弗吉尼亚联邦大学（Virginia Commonwealth University）副教务长Thomas Huff更称John Fenn为蛋白组学的执牛耳者之一，蛋白质组学是后基因组时代的标志性科学！
4尾声
2010年，93岁的John Fenn在美国离世。从Fenn在耶鲁大学的学习生活和研究生涯可看出，他是一个热爱科研挑战，寻求智力刺激的科学家。同时，Fenn也是大器晚成的代表性人物：他在32岁发表第一篇论文；35岁在普林斯顿大学获得教职，进行分子束研究；50岁回到耶鲁大学继续研究；85岁，与其他两位科学家共获诺贝尔化学奖。
这样看来，他似乎确实是那个被上天眷顾的幸运儿。他人生中的每一个选择都可以看作是形成命运圆环的契机点，而这些点共同指向圆心——ESI技术的开发，如举家搬迁至贝里亚、在耶鲁读博、进入工业界，返回学术界，以及两位耶鲁教授说服他进行ESI研究等等。而其中最关键的契机点可能是普林斯顿大学邀请他加入SQUID项目。因为这个项目使他重燃对科研的热情，躬身入局，奔赴生物大分子研究分析大潮，扩展科研的更多可能性。
归根结底，任何优秀人才的诞生，都一定是找到了适合自己的组织机构或项目团队。因为我们会在那里得到源源不断的科研资源和动力，更会有协同进步的团队伙伴一起并肩作战，大家拥有相近的远视能力去搭建未来技术应用场景，共同开发或创新方法和对应的工具。这样的团队、机构可以最大程度地激发每一个参与者的创造力与热情。
而在蛋白质组学领域中，HUPO无疑是全球蛋白质组学研究人员所一直寻求、期待的那个组织。HUPO裹藏着无尽勇于尝试的科研精神，锐意进取的创新理念、和前沿的科研项目，我们衷心希望更多研究人员能加入HUPO，创造更多蛋白质组学的历史时刻（点击文末“阅读原文”，了解HUPO）。
参考资料
1. Nobel. (2002.10.9). The Nobel Prize in Chemistry 2022, Popular Information. Retrieved from https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2002/popular-information/
2. Fenn, J. B., Mann, M., Meng, C. K., Wong, S. F., & Whitehouse, C. M. (1989). Electrospray ionization for mass spectrometry of large biomolecules. Science, 246(4926), 64-71.
3. Kenneth Chang. (2010). John B. Fenn, Nobel Winner Who Studied Large Molecules, Dies at 93. The New York Times. Retrieved from https://www.nytimes.com/2010/12/13/science/13fenn.html
4. THE NOBEL PRIZE. (2002). John B. Fenn Biographical. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2002/fenn/biographical/
5. Grayson, M. A. (2011). John Bennett Fenn: a curious road to the prize. Journal of The American Society for Mass Spectrometry, 22(8), 1301-1308.
6. 李佳斌, 郝斐然, 田芳, & 张养军. (2013). 质谱电喷雾电离源研究新进展. 质谱学报, 34(2), 65.
