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钱永健64岁英年早逝 诺奖前三天饶毅介绍相关工作

www.sinoca.com 2016-09-01  Wiki


  下村修本人对GFP的应用前景不敏感,也未意识到应用的重要性。他离开 普林斯顿到Woods Hole海洋研究所后,他的同事普瑞舍(Douglas Prasher)非常感兴趣用荧光蛋白做生物示踪分子。1985年普瑞舍和日裔科学家Satoshi Inouye分别根据蛋白质序列拿到了水母素的基因(生物学上准确地说是cDNA)。1992年,普瑞舍又拿到GFP的基因。有了cDNA,一般生物学研 究者就很容易应用,比用蛋白质方便多了。

  普瑞舍1992年发表GFP基因的文章后,离开科学界。原因是他申请美国国家科学基金时,评审者说 没有蛋白质发光的先例,就是他找到了这种蛋白,也没什么价值。一气之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,到农业部动植物服务部工作。当时他如果花几 美元,就可以做一个一般研究生都能做,但非常漂亮的工作:将来自水母的GFP基因放到其他生物体内(如细菌),看到荧光,可以很强烈地提示GFP本身可以 发光,无需其他底物、或者辅助分子,也表明可以广泛用GFP。

  将GFP表达到其他生物体这项工作,1994年由两个实验室独立进行:美国哥伦比亚大学做线虫的Marty Chalfie实验室,和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。

  水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光酶的一种,它需荧光素。而GFP是蛋白质本身发光,原理上不同。

  Chalfie的文章立即引起轰动,很多生物学研究者接着纷纷将GFP引入自己的系统。当时好些《自然》、《科学》文章,证明哪里表达GFP,哪里就有绿光,这些后续文章不过是跟风,上了《自然》也不证明有原创性。

  1994 年,华裔美国科学家钱永健(Roger Y Tsien)开始改造GFP,有多项发现。世界上目前使用的荧光蛋白大多是钱永健实验室改造后的变种,有的荧光更强,有的呈黄色、蓝色,有的可激活、可变 色。用一些不常用做研究样本的生物找有颜色的蛋白成为一些人的爱好。不过真发现的有用东西并不很多。成功的例子有俄国科学院生物有机化学研究所 Sergey A. Lukyanov实验室从珊瑚里发现的其他荧光蛋白(FP),包括红色荧光蛋白。

  综观整个过程,从1961年到 1974年,下村修和约翰森的研究遥遥领先,但很少人注意。单纯从技术上,其他生化学家也可以得到水母素和GFP,但需要有想法或兴趣。在1974年以 后,特别是八十年代后,很多后续工作显而易见,一般研究生可以做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色,这一发现出乎意料。

  GFP之美丽和妙用

  GFP及其衍生物(各种荧光蛋白),绚丽多彩,非常漂亮。

  有些荧光蛋白当浓度足够高时,在日光下可以看到颜色。所以实验室产生了人为可控制颜色的鱼、老鼠。

  荧 光蛋白广泛应用于生物学研究。可以通过常规的基因操纵手段,将荧光蛋白用来标记其他目标蛋白,这样可以观察、跟踪目标蛋白的时间、空间变化。提供了以前不 能达到的时间和空间分辨率,而且可以在活细胞、甚至活体动物中观察到一些分子。荧光蛋白技术也使得人们可以研究某些分子的活性,而不仅仅是其存在与否。

  对于有些研究来说,荧光蛋白的作用可以形容为“起死回生”:原来有些方法,需要把生物变成死物才能研究一些现象和过程,而荧光蛋白为主要支柱之一的现代成像技术,使科学家在活的细胞中观察和研究这些过程,使一部分“死物学”变成“生物学”。

  为了好奇

  下 村修1928年生于京都,长于长崎。1945年他16岁时,原子弹在他故乡爆炸,他曾失明数周。1951年,他毕业于长崎医科大学药学专门部,1960年 获名古屋大学有机化学博士。1960年他到美国普林斯顿大学约翰森实验室做博士后,63年至65年回日本名古屋大学任副教授,65年回普林斯顿继续在约翰 森实验室,直到1980年。估计是约翰森退休后下村修不能待在普林斯顿了,所以1980至2001年他到麻省Woods Hole海洋生物学研究所工作、并有波士顿大学兼职教授之软差。

  下村修1961年33岁做出重要发现(1962年发表),到1974年46 岁时,全部关键实验完成。但到80岁的今年,他几乎是默默无闻。他多年没有实验室,在约翰森实验室做了近20年博士后,不是为了功。他也没有当选美国科学 院院士,不是为了名。GFP后来带来了相当的收益,但下村修没得,也不是为了利。

  下村修加入生物发光研究是1955年在日本做研究生时,导 师让他到另外一个实验室去开阔眼界,而那个实验室的导师介绍他做荧光素。1959年导师逝于癌症,1960年他到约翰森实验室。约翰森给他看水母发光,要 他做,可是第一次演示根本没有发光。但下村修被约翰森感染了,决定做这个课题。1961年约翰森开了七天的车、每天12小时,带下村修横跨美国到西海岸华 盛顿州的“星期五港”(Friday Harbor)实验室,那里当时盛产水母,有很多原料,他们在1961年夏做出主要发现。

  下村修开始 做研究时不知其重要性,只是对生物发光好奇。发光的生物学意义,至今尚不清楚;而发光蛋白应用的重要性,下村修不仅当时不知道,而且以后相当时间不清楚。 水母素应用于检测钙,是1967年由Ridgway和Ashley提出。最初下村修和约翰森只为提取水母素,而GFP是副产物。现在,这个副产物的用途比 原来的正产物还大。GFP作为示踪蛋白是普瑞舍极力鼓吹。广泛应用在1994年以后。从1974年获得GFP到1994年,下村修并未大力推动GFP的应 用。

  下村修乐于做这项工作,只需很基本的条件。2001年退休后,他继续做研究,把家里的地下室作为“光蛋白实验室”,今年80岁的他,还用家庭地址发表文章。

  科学界并不公平

  下村修有非常重要的科学贡献。但是科学界多半不知道他,只知道后续工作,社会的认可就更少。

  在普林斯顿,他二十年没有独立实验室,在别人领导下工作。到Woods Hole后,是很小的几人小组。他80岁了,也没有当选哪里的院士。最近几年开始获些不知名的奖。非常热衷于国民获诺贝尔奖的日本,到近年才有少数专家知道下村修。

  下 村修和遗传学家Barbara McClintock不同。她在81岁因为发现转座子获诺贝尔奖。但慢的主要原因是学术,而对她个人很早就认可(因为在遗传学的多个贡献,1944年她 42岁时当选美国科学院院士,是最年轻的院士之一;43岁当选美国遗传学会主席)。1950年代,她提出转座是调控基因表达的重要机理,但转座调控基因并 不是普遍规律。她在植物中发现转座现象,不是争议焦点,一旦大家意识到转座是普遍现象(包括动物)后,就接受了其重要性。而下村修的成果人们用了很多年, 没有争议,只是大多数人不知道他的个人贡献。

  下村修虽然做了非常原创性的工作,很多人用他发现的GFP,有些生物学杂志每期都有文章用 GFP,有些生物杂志每期20%的文章用了GFP,但绝大多数人并不知道发现者是下村修。下村修和约翰森1962年发现水母素的文章迄今被377次引 用,1974年纯化GFP的文章被引用169次,Chalfie等1994年《科学》文章被引用3349次,Inouye 和Tsuji的1994年文章被引用256次。说明大多数科学工作者并不知道所用的东西怎么来的。所以,简单重视引用率也不能代替对领域的真正了解。

  不仅下村修没有被广泛认可,其他一些人也遭忽略。1990年,他的合作者约翰森82岁去世时,《纽约时报》的悼文没有提GFP。普瑞舍拿到GFP基因但缺经费。Chalfie文章引用率高但专利搞砸了没多少收益。

  我2002年写的值得获诺贝尔奖名单中,有普瑞舍和钱永健,无下村修。近年我才给学生讲下村修的工作。本文也算是一个更正。

  这个领域,最重要的工作显然是下村修和约翰森做的。钱永健在两个方面做出了重要的贡献,如果钱与下村修合得奖也很合理。第三重要的是普瑞舍。他承前启后,有助于推广应用下村修的发现。加拿大华人网 http://www.sinoca.com/



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