諾貝爾大師伯格:操縱基因種瓜得豆 初試重組DNA

2020-12-06 搜狐網

  
保羅伯格

  (Paul Berg)

  1926年出生於美國紐約,父親是服裝製作商。因第二次世界大戰期間加入美國海軍而中斷了賓夕法尼亞州立大學的學業,戰爭結束後重返大學,1948年從賓夕法尼亞大學畢業,獲生物化學學士;1952年獲凱斯西部大學生物化學博士。1959年後在史丹福大學任教。70年代初,伯格與他的同事們利用限制性內切酶將細菌與病毒的基因連接在一起,首次實現用兩個不同物種重組DNA,為基因工程奠定了基礎。這一成就在治療多種遺傳性疾病及藥物製造方面有巨大的使用價值。

  伯格本人因「研究操縱基因重組DNA分子」獲1980年諾貝爾化學獎。

  當我回望我的青少年時期,我意識到自己去發現問題的答案不一定是學習未知最容易的方法,但卻是最有意義的方法。教育對人一生最大的貢獻是幫助你發展好奇心和培養你尋找有創造性答案的直覺。隨著時間的流逝,我們了解的許多事實都會被遺忘,但我們發現問題和解答問題的能力卻永遠不會失去。

  保羅伯格

  伯格構築了

  第一個重組的DNA

  在上個世紀的70年代,史丹福大學裡,一位瘦瘦的科學家忙碌在實驗室中,他做護士的太太總要去上夜班,所以他能夠安心地一直留在這個可以工作的地方。

  自從善於思索的人對「種瓜為什麼不得豆或者種豆為什麼不得瓜」之類看上去奇怪又愚蠢的問題開始進行真心的探索,「遺傳」這個概念和它所帶來的懸念已經成為科學家眼中最富刺激的追蹤目標,直到今天,科學家們仍然像一群獵人一樣緊跟著這個最為神奇的獵物,孜孜不倦,樂此不疲。

  1865年,奧地利神父孟德爾利用菜譜裡常見的豌豆進行實驗總結出遺傳定律;1902年,薩頓發現染色體與遺傳基因的關係;1910年,摩爾根首次將一個特定基因與特定染色體相連接;1953年,沃森、克裡克發表DNA雙螺旋模型,分子生物學由此誕生;1966年,64個遺傳密碼被破譯;1971年,限制性核酸內切酶被發現,緊接著伯格在實驗室中構築了第一個重組的DNA分子,這意味著生物體的遺傳性狀可以人為地改造……

  伯格就是這位在工作中淡化黑夜的科學家的名字。他善於遺忘自己的工作時間,卻被人類深入生命的進程記住,被因科學而感動的民眾記住,也被諾貝爾獎記住。

  一個熱愛生命的科學家

  1980年獲得諾貝爾獎的時候,伯格已經54歲。時隔21年,伯格在他的辦公室裡向我們重提往事。

  比起20多年前,史丹福大學也已經變了不少模樣,除了建校時模仿西班牙風格所建的圓頂教學樓、拱形迴廊外,新蓋的現代感建築和大片的草坪漸漸擴充了這所大學的名校氣質。而且,幾乎所有的新舊建築都採用了紅色的屋頂,在加州明亮的陽光下,這些紅色呈現出了安寧和美麗的效果。原來,斯坦福夫婦為了紀念他們15歲便夭折的唯一的愛子而創立這所大學,採用紅色的屋頂是希望他們的兒子能夠在天堂望見這裡的一切。

  史丹福大學的免費校車準時到達,將我們送到這個充滿了溫馨回憶氣氛的校園。一些剛下課的學生手拿書本、腳踏滑板在校園裡穿梭,道邊時常能看見悠閒的松鼠,毫無避人的驚慌。

  對於此次擔任採訪翻譯的劉佳佳博士,伯格無疑是一個時代的開創者,這種景仰情緒在她得知將與保羅伯格見面的一剎那便流露出來。當時她在電話裡聽到這個名字,然後說「天啊,我知道他,他太重要了。」這是一個在她的專業領域被反覆提起,在她大學時的教科書中反覆出現的名字。

  之後的見面被劉佳佳描述為夢境成真。這確實是一個感覺有些飄忽的過程,在我眼中這個如此讓人尊敬的名字終於與它的擁有者合而為一。無論是他淡粉色的襯衫還是他快速清晰的語調都推翻了之前我對這位已經75歲的科學家的猜測,他比想像中年輕,也比想像中健談。

  但是,我並不認為在與伯格交談短短的一個小時之後,便可以用「他是一個……的人」的句式來評價伯格。事實上,整個的採訪過程應該是一個聆聽佔據絕對地位的過程,也應該是一個忽略了個人評價的過程,因為伯格身上所蘊涵的科學精神與科學動力早已經使單純的個人概念黯然。我們今天之所以與伯格親近,是因為他曾經如此親近了科學。如果為了不辜負這種難得的與大師面對面的交談機會,需要對伯格作出感性而立體的描述的話,我只能說,伯格是一個熱愛生命的科學家。

  問:在您的研究過程中一定做了許多聰明的實驗,可其中一個實驗卻意義深遠,使您獲得了諾貝爾獎,請您講述一下您的這個發現。

  答:我發展了重組DNA的技術,也就是在活細胞外將兩個不同物種的DNA連接起來的方法。我的最終目的是想將新的基因引入到哺乳動物的細胞中去,只是當時並沒有現成的技術,也沒有現成的哺乳動物基因可以實驗,我們就用從細菌分離到的基因來檢驗這個想法的可行性。創造一種可以普遍使用的方法來向哺乳動物細胞引入新的基因,這就是我當初的構想。

  問:重組DNA對於現實的意義是什麼?

  答:通過DNA重組技術(也叫基因工程技術),我們就可以人為地去改造生物體的遺傳性狀。比如,本來大腸桿菌是無法合成胰島素的,但是通過基因工程技術,我們只要將哺乳動物中能夠合成胰島素的基因結合到大腸桿菌中,大腸桿菌就能合成胰島素,而且這個性狀是可以遺傳的。我們可以利用大腸桿菌每20分鐘就繁殖一代的驚人速度,培養大量重組後的大腸桿菌,從中提取豐富的胰島素。這對於治療多種遺傳性疾病及藥物製造方面有巨大的使用價值。

  問:是否想到一項基礎研究卻引出整個生物技術的革命?

  答:從50年代到70年代,許多科學家都在努力尋找方法來操縱病毒和細菌的基因,有些科學家找到了方法將基因引入到細菌中去,但我當時想到的是能否把基因引入到哺乳動物的細胞中去,我只對這個很小的問題感興趣,而做了上述的實驗。後來人們開始用這個技術來探索他們感興趣的問題,開始用哺乳動物的基因做實驗。可我當時並沒有想到將來會有如此大的發展。這就是我們為什麼要支持基礎研究,而不是在開始一個研究前先問問這項研究對醫學有什麼作用、能否治療特殊的疾病再決定做還是不做。

  問:談起基因自然會想到複製人的問題,您對複製人有何看法?

  答:許多科學家都不同意複製人。這項實驗的成功率很低,克隆出來的動物會出現夭折或是畸形等等問題,他們絕對不是正常的動物,所以我不希望有誰在人身上實驗成功率這樣低的技術。即使我們能改進這項技術,有許多人基於宗教、倫理、哲學的因素也會堅決反對。但是我不打算說複製人永遠不會成為現實。我同意對複製人的實驗給予一個例如5年的實驗期,過了5年,我們再重新評價我們是否有能力控制這項技術。要知道,當年科學界對於重組DNA技術也進行了辯論,但最終給予了一個實驗期,而不是制訂一個永久性的法律來限制這項技術的發展。

  問:對於人類胚胎幹細胞的研究目前也滿是爭議,您認為這項研究是否應該繼續進行?

  答:胚胎幹細胞的培養對於需要器官移植的病人來講非常重要。通常外源的幹細胞會被人體排斥,所以現在的思路是用取自病人本身的體細胞,把它的細胞核移植到去除了細胞核的卵細胞中。理論上,這就相當於一個人類的受精卵。讓這個細胞分化,經過囊胚期就可以從它當中取出胚胎幹細胞,進一步誘導分化為各種組織器官,移植到病人體內。這些組織器官與病人都有相同的遺傳構造,不會發生移植排斥反應。

  目前,在美國關於人類胚胎幹細胞的研究仍然是一個有爭議的話題,因為在有很強的宗教觀的人心中,胚胎也是一個人,胚胎也具備了生命和靈魂。我認為與他們爭論毫無用處,我們只需耐心等待幾年,等到這個技術成熟,能夠真正到了用於治療人類疾病的階段,公眾會重新認識這個問題。

  問:在我的印象中科學家都喜歡問問題,這是否需要特別培養的能力?

  答:在我上中學時,有一位實驗室中專門管理顯微鏡的女教師——沃爾夫夫人,她組織了一個科學俱樂部,鼓勵我們做研究,於是我和一群非常聰明的孩子一起用不同尋常的方法來學習知識。每當我向老師問我不明白的問題時,她都不直接告訴我答案而是讓我自己去找怎樣回答這個問題。所以我不得不去自己設計實驗、查資料,漸漸地我就學會了不斷向自己提問。而且在解答這些問題的過程中,我得到的知識遠遠超出了回答這個問題本身所需要的答案。

  進入大學後,老師鼓勵我們提出超出我們和他們知識與經驗之外的問題,思考那些我們不知道答案的事情。後來,我作為課外科學俱樂部裡的成員,負責通過實驗解答某些與自然界有關的問題。先開始我總是重複一些書本上的實驗,漸漸地我開始設計新的實驗方法來解決一些難題。這些極富挑戰性的事情非常鍛鍊我的思維,也許正是這些早期的實驗推動了我探求未知世界並尋找答案的能力。

  在美國也有許多人只會服從、隨大流,但更多的人被鼓勵不要只滿足於知道盒子裡面裝了什麼,還應該去想像盒子外面有什麼。只有質疑大家都認為是約定俗成的見解,社會才能進步。

  問:您的家庭對您選擇作一名科學家有沒有影響?

  答:我很幸運,我的父母一直都支持我。他們都是俄國來的移民,沒有太多的文化,但是他們卻知道教育能夠改變人的一生,他們崇尚知識。按照當時的情況,我應該高中一畢業就去工作支撐家裡的生活,但是我父親對我說你應該繼續讀書,上大學。我從事現在的研究生涯,需要讀完本科後繼續深造,經過很長時間才能獨立做研究。我的父母依然支持我,但當時他們也忍不住會問,你什麼時候才能有一個工作呀?

  問:當研究中心所長的時候,您是否想到應該為青年科學家創造怎樣的環境?

  答:在我們國家的教育制度裡非常尊重青年人的主動性,他們發現教授講的不對或者有疑問可以立刻提出自己的觀點。在這裡,年輕人總是被鼓勵早日找到自己的發展方向,他不需要等到成為正教授才有權利決定自己的研究路線。年輕人佔據了科學研究的主導地位,他們更容易得到研究經費,因為他們更富於冒險精神。

  很有趣,很多中國的學生都到美國來作研究,原因是他們在這兒有做高水平研究的機會,與此類似,在很長一段時期裡,歐洲的科學家也到美國來,但現在他們都回去了,原因是他們在國內的研究條件改善了。現在,已經不再是由一個教授擁有一個實驗室,年輕人為教授工作的時代了,年輕人也應該有自己的選擇。

  我想,中國也需要改變目前的研究體系,使年輕的科學家有更多的發展機會,這對於中國的科技發展非常重要。到這兒來的中國學生都很優秀,他們的素質都是一流的,如果想讓他們回去就一定要為他們創造一流的機會。中國是一個那麼大的國家,含有那麼多的機會,應該利用這些機會留住青年人,不要讓人才流失。要知道如果這些留學生回到國內,他們自己就會影響中國的科技發展。

  本報記者蕭揚自美國史丹福大學報導

  翻譯/劉佳佳博士《北京青年報》2001年11月14日

相關焦點

  • 化學史上的今天 | 6月30日—— 第一個重組DNA的生物化學家伯格
    他是第一個改變基因序列的人。重組DNA從此一發不可收拾。化學史上的今天都發生了什麼?有何重大的化學發現,有哪些化學趣聞?
  • 基因研究史:為何"基因編輯嬰兒"被稱為瘋狂試驗?
    因此就產生了一種奇怪的嵌合體,這些基因在進化樹上的親緣關係相距甚遠,可是它們在經過粘貼後卻能成為一條連續的DNA。伯格將這種雜合體稱為「重組DNA」。他在選擇這個詞組的時候應該煞費了一番苦心,而這令人想起了有性生殖過程中產生雜合基因的「重組」現象。
  • DNA損傷修復基因資料庫
    如果DNA損傷沒有被正確修復,可能發生以下3種情況細胞衰老,加速細胞衰老進程細胞凋亡,DNA損傷過度無法修復時,會啟動凋亡程序來清除損傷的細胞細胞癌變,DNA損傷部分修復的情況下,細胞會出現各種基因組變異,累積到一定程度導致正常細胞癌變成為腫瘤細胞DNA
  • CRISPR編輯系統升級 利用「跳躍基因」精確插入DNA片段
    革命性的基因編輯工具CRISPR/Cas系統實現了在基因組特定位點進行精準編輯。不過,以經典的CRISPR/Cas9為例,從基因組中刪除DNA片段相對容易,要用另一段序列替換原有DNA片段則困難得多。原因在於,「基因剪刀」Cas9把DNA切斷後,DNA雙鏈通過內源損傷修復通路自然癒合,新DNA片段的整合依靠同源重組或非同源末端連接來實現,效率低,而且在很多細胞類型中不起作用。此次,張鋒教授團隊新開發的升級版CRISPR編輯系統在靶向插入DNA這方面做出了突破。用「改正」的DNA序列來取代含有致病突變的序列,將為治療某些遺傳疾病提供極大的幫助。
  • DNA鑑定中存在基因突變的原因
    每個人的基因有成千上萬,而基因突變的頻率是很低的,所以不會出現明顯的差異。但根據基因重組的原理及顯隱性的問題,也許像母親的會更多些。親子鑑定是因為小孩是由受精卵發育而來,受精卵是由他的父親和母親各自提供精子和卵子,結合而來的。親子鑑定是運用DNA雜交技術,當小孩DNA單鏈和父親或母親的DNA單鏈產生雜交帶時,並且在一定的比例以上,才能說明那小孩是他們的孩子。
  • 「主動點」在圓上的基本動態問題其循「瓜豆原理」的「是與似」
    由於已知圓為確定的圖形所以圓心必為定點,半徑必為定長,根據題意給出的信息「從動點」的軌跡會遵循「瓜豆原理」,但具體問題必須作具體分析,下面有三道這類題型最為基礎的例題大家一起來作個分析:《例1》比較明顯整個過程遵循「瓜豆原理」。
  • 人類基因工程裡潛在的幽靈是什麼?
    1973年夏季,博耶與科恩在另一場會議中展示了他們關於細菌基因雜合體的實驗,而這也進一步加劇了人們對於基因克隆技術的擔憂。與此同時,伯格在史丹福大學收到了大量索要基因重組試劑的信件。來自芝加哥的一位研究人員曾經提出,要將高致病性人類皰疹病毒基因插入細菌細胞,然後創建出攜帶致死性毒素基因的人類腸道細菌菌株,而該研究表面上看起來是為了研究皰疹病毒基因的毒性(伯格對此婉言相拒)。通常情況下,抗生素抗性基因可以在細菌之間進行互換。如今基因居然可以在不同生物的種屬之間自由穿梭,仿佛在瞬間就跨越了過去百萬年才能完成的生物進化過程。
  • 解讀2018年諾貝爾化學獎 操縱微觀世界進化能力的突破
    新華網上海12月9日電(蘆俊文) 8日,由上海科學技術協會主辦,上海市科普作家協會、新華網「科普中國—科技前沿大師談」、上海科協大講壇管理辦公室共同承辦的「解讀2018年諾貝爾化學獎——操縱微觀世界進化能力的突破」活動在滬開講。
  • 大衛·柯南伯格的《變蠅人》是一部考驗你承受力的電影,你看過嗎
    最大的收穫的讓我認識了大衛·柯南伯格,每部作品似乎距大師只差一線之隔,似乎走著一條與任何大師迥異不同的道路。或許他早已超越了前輩,只是我還沒有讀懂。故事講述地很抓人,結尾比較血腥。大導演約翰卡朋特的《the thing》和巨大導演彼得傑克遜的《Brain dead》攝製於相似年代,也是這種血肉模糊的血腥,而且都比這個血腥得多,我懷疑是不是當時剛剛實現了這種道具的技術突破。
  • DNA重組技術的基本工具(1)
    2.DNA重組技術所需三種基本工具中的兩種核心素養1.社會責任:關注基因工程的熱門話題,認同基因工程的誕生離不開理論研究和技術創新。2.科學思維:模擬重組DNA分子操作工具的使用方法,說出它們在基因工程中的作用。
  • 2020諾貝爾化學獎——兩位女得主性
    每年於12月10日(諾貝爾逝世周年紀念日)諾貝爾化學獎在斯德哥爾摩的年度頒獎典禮上頒發。 根據獎項設立者阿爾弗雷德·諾貝爾的遺願,該獎由諾貝爾基金會管理,瑞典皇家科學院每年選出五人委員會來評選出當年獲獎者。[2]第一個諾貝爾化學獎於1901年頒發給荷蘭科學家雅各布斯·亨裡克斯·范託夫。每一位獲獎者都會得到一塊獎牌,一份獲獎證書,以及一筆不菲的獎金,獎金的數額每年會有變化。
  • 重組DNA技術(分子克隆)技術方案
    DNA又稱基因工程(Genetic Engineering)。這項技術是在體外按照一定的目的和方案對DNA 分子進行人工操作,將同一來源或異源的基因進行重組,然後把它們引入適當受體細胞中,隨著該細胞的繁殖,DNA 重組體得到擴增,並同時得到表達。這樣就可以獲得大量重組DNA 的產物。重組DNA 技術又稱為分子克隆(MolecularCloning)。
  • 三種動態三角形關聯「瓜豆原理」產生最值之常規思路與解決方案
    「定邊定長對定角動點」《例1》「定角對定邊」動態三角形,角動邊不動,首先尋找確定元素,作三角形外接圓,則其圓心為定點,半經為定長,再尋找與從動點相關聯的基礎三角形,應用「瓜豆原理」確定從動點的軌跡(亦是圓),從而輕鬆解決最值
  • 一作解讀|ph1基因誘導染色體重組特徵解析
    該項研究揭示了同源重組和部分同源重組的差異主要是量化差異,對小麥  ph1  基因的作用機制的理解和通過操縱  ph1  基因誘導外緣(部分同源)染色體與小麥ABD染色體重組來豐富小麥種質資源提供一定依據。
  • 假設染色體DNA上也存在結構基因、操縱基因和調節基因
    基於細胞全能性的認識,每個細胞都攜帶著相同的決定整個生長發育的全套基因。可是,卻不是所有的基因同時處於活動狀態,而是一部分基因活動,而另一些基因不活動。因此,基因開關的調控便成為關鍵。根據基因調控的操縱子理論,假設染色體DNA上也存在結構基因、操縱基因和調節基因,在成花反應中,照射紅光形成Pfr,或者是它引起的反應物(開花刺激物),可能就是誘導物,能使阻抑物(組蛋白或其它蛋白)分子失活,從而使原來關閉的形成花芽的操縱子開放。有關花芽形成的結構基因開始轉錄,形成專性的mRNA,在mRNA的指導下合成控制花芽形成的酶系統(圖10-22)。
  • 基因突變的原因是什麼,影響DNA鑑定結果嗎
    基因突變的原因是什麼,影響DNA鑑定結果嗎 基因突變的原因是什麼,影響DNA鑑定結果嗎?基因突變是一種生物學裡會發生的現象,發生機率很低,但也不是不存在。在做親子鑑定之前工作人員也是會強調說明的,如果萬一發生,是不會出結果的,需要增加基因座或者增加母親樣本重新檢測,重新檢測後再出結果的。
  • 基因編輯為什麼能拿諾貝爾「化學」獎
    圖|CNN她們是諾貝爾化學史上第一對同時獲得諾獎的女性,也是諾貝爾化學獎史上第六位和第七位女性得主。在許多吃瓜群眾眼裡,基因編輯獲得化學獎而不是生理學或醫學獎,更坐實了諾貝爾化學獎「理綜獎」的身份;不過專業人士介紹,基因的本質就是化學,基因編輯拿化學獎實至名歸。
  • 《伊洛納》基因怎麼重組 基因重組方法教學攻略
    導 讀 伊洛納怎麼基因重組?基因重組方法是什麼?還不清楚的小夥伴看過來,這裡九遊九遊網小編為大家帶來伊洛納基因重組方法攻略的詳細介紹!
  • 色氨酸操縱子的基本結構
    每個環節需要一種酶,編碼這5種酶的基因緊密連鎖在一起,被轉錄在一條多順反子mRNA上,分別以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA代表,編碼了鄰氨基苯甲酸合成酶、鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉移酶、鄰氨基苯甲酸異構酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酶合成酶。   trpE基因是第一個被翻譯的基因,和trpL和trpa(不是trpA)。
  • 【日本人與諾貝爾獎】利根川進:日本第一位諾貝爾生理學或醫學獎得主
    操縱子學說認為,功能相關的基因在DNA上是串聯在一起的。該基因的前面是名為操縱基因(Operator)的控制基因,操縱控制基因的阻遏物(Repressor)會控制基因組的使用。利用DNA生成蛋白質時的指令系統的順序為阻遏物→操縱基因→個體基因。利根川對生命現象受這些基因操控非常感興趣。