引起狂牛症的病原體之謎
英國發現牛得了奇怪的病——狂牛症是1986年的事情。英語裡，「狂牛症」的這個疾病的正式名稱是「牛腦海綿狀病」（BSE）。得了這種病的牛開始時腳步不穩，有時候會發生痙攣，之後神經發生病變，對聲音和觸摸過分敏感、攻擊性變強、會用身體去撞柵欄並就地打滾。所有的牛都會隨著病情的惡化出現運動神經明顯受損的症狀，直至不能站立最後死亡。
1986年始於英國的狂牛症侵襲牛的大腦，破壞其運動機能而最終導致牛死亡。得狂牛症的牛在美國、德國、日本等世界各國都有發現，是世界性的社會問題，其中發病牛的數量最多、發病率最高的英國，有17萬頭以上的牛被診斷為狂牛症，一直到21世紀初，政府共將440萬頭牛進行了宰殺、焚燒處理。
通過解剖調查這些因狂牛症而慘死的牛的大腦，科學家們發現其腦的內部有無數的呈海綿狀的空孔，即「朊病毒」的蛋白質的堆積。但朊病毒是存在於包括人在內的各種哺乳動物體內的蛋白質，為什麼調查顯示這種蛋白質會是狂牛症的病原體，其原因一直難以確定。揭開這個謎團的一部分謎底的是2002年諾貝爾化學獎獲得者，瑞士化學家庫爾特·維特裡希。他開發出了利用NMR，即「核磁共振光譜」來測定蛋白質的立體結構的方法，蛋白質是由數千個原子組成的大分子。他利用這個方法成功地測定了許多蛋白質的結構，其中之一就是引起狂牛症的物質——朊病毒。
因受傷而被迫從足球轉入科學領域的年輕人
庫爾特·維特裡希1938年生於瑞士的阿爾貝格，長於附近的小鎮阿爾堡。這個小鎮位於瑞士首都伯爾尼的西北方約20公裡處，周圍有很多森林和河流，大多數居民以農業為生。
維特裡希出生的那年，納粹德國吞併奧地利，並在第二年的1939年發動了第二次世界大戰。瑞士在大戰中一邊表現出靠近聯合國的政治姿態，一邊試圖保持中立國的位置，因而處在一種微妙的平衡中。
由於當時的瑞士被由德國、義大利、奧地利和納粹佔領下的法國組成的軸心國和在軸心國支配下的國家所包圍，國境戒備森嚴，處在緊張狀態中。另外，為躲避納粹的迫害而設法逃跑的很多猶太人、學者和部分士兵也湧入瑞士，瑞士國內處於混亂狀態。但瑞士最終還是沒有受到戰火的侵襲，維特裡希在大自然的懷抱中慢慢長大。維特裡希在提交給諾貝爾財團的簡歷中寫道，當時那種被植物和動物所包圍的環境讓自己對自然科學產生了濃厚的興趣。
戰爭結束幾年之後，維特裡希14歲，在他所在的大學預科（相當於日本的高中）裡有一位戰時從歐洲其他國家逃到瑞士的原大學教授，維特裡希從這位教授那裡學到了相當於大學水平的數學和物理知識。維特裡希還喜歡法國電影和法國文學，愛好讀書，曾通讀英國元首相溫斯頓·邱吉爾的回憶錄（共16卷）。邱吉爾是一個被世人公認的偉大的文學素養相當高的國家元首，他用五萬多個辭藻寫成了他的回憶錄，比歷史上任何一位思想家用的詞都多。
1957年，維特裡希進入伯爾尼大學學習了化學、數學、物理後在巴塞爾大學獲得博士學位。維特裡希還喜歡體育，在巴塞爾大學時還專修了體育專業，冬天在阿爾卑斯山作滑雪教練，夏天則整天忙於遊泳和踢足球。實際上他還有過當一名足球運動員的夢想，但因為右腳負重傷無法參加比賽而不得不放棄。用維特裡希自己的話就是，因為這個事故他「被從足球踢到了科學的道路上」。
識別蛋白質立體構造的新NMR技術
1965年，維特裡希作為博士後來到了美國，在加利福尼亞大學開始了很久以後為他帶來諾貝爾獎的NMR的研究。NMR，即核磁共振光譜是通過捕捉原子核的微小變化來調查物質狀態的方法。其原理被應用到當今醫療診斷界廣泛採用的MRI上。
1967年，維特裡希轉入貝爾研究所，開始使用NMR對蛋白質進行研究。當時，對蛋白質構造的研究正處於快速發展階段。據維特裡希講，1957年到1965年之間關於使用NMR對蛋白質或核酸（DNA或RNA）進行研究的論文僅僅10篇，但到了10年後的1974年，一年就有500多篇發表。
在美國積累了經驗的維特裡希在1969年回到了瑞士，進入了瑞士聯邦工業大學蘇黎世理工學院（ETH-Z）。這所學校也是愛因斯坦和NMR基本技術的發明者費利克斯·布洛赫（1952年獲諾貝爾物理學獎2）的母校。另外，對NMR的大幅度改良做出了貢獻的理察·恩斯特也曾在這所大學就讀。比維特裡希年長五歲的恩斯特也曾去過美國，在某高科技公司裡成功地將NMR的靈敏度在原來的基礎上提高了10～100倍。他在瑞士聯邦工業大學裡也對NMR進行了技術改良，開發出了在維特裡希的研究裡發揮了重大作用的「二維NMR」這一划時代的技術。
使用當時的NMR來識別分子構造只限於比較小的分子。由於構成小分子的原子數量少，即使是用簡單技術製造的NMR也可以準確地確定每個原子。但像蛋白質這樣巨大的分子裡存在著很多相同的原子，所以NMR的光譜混雜在一起，很難正確地識別每個原子。恩斯特所設計的二維NMR就是把光譜在二維（平面）上表示出來，這樣就能得到比原來的NMR多得多的信息。
與此同時，維特裡希正計劃集合NMR的先進技術來解析蛋白質的立體構造，當得知了恩斯特的研究後，他更加確信了自己的計劃一定能夠實現（恩斯特憑著對NMR技術的精煉改良，而比維特裡希早一步在1991年獲得了諾貝爾化學獎）。
蛋白質的形狀決定它的作用
構成生物體的蛋白質是由20種胺基酸按順序連接而成的。由此你可以聯想到一種細長的索狀的構造，似乎只要知道了胺基酸的順序，其性質也就可以理解了。但實際上因為蛋白質非常巨大，在生物體內有些部分呈螺旋狀，有些呈摺疊後的毯子狀，而其整體呈現球狀、麵包圈狀、不定型塊狀的集合體等各種各樣的形狀。
蛋白質形狀的差別也導致了其性質的不同，例如即使是比較相似的蛋白質，根據形狀的不同其溶於水或油的難易程度也不同。比如蛋白質的一種——酶，它具有坑的結構，形狀合適的物質掉到了這個坑裡就開始發生酶反應。也就是說，蛋白質的機能由它的立體結構決定，對於生化學家來說，知道了蛋白質的立體結構就等於邁出了了解未知蛋白質機能的第一步。
在維特裡希開始這項研究的時候，要想知道蛋白質的立體結構就只能使用「結晶解析」的方法。也就是把蛋白質結晶化，然後通過X線等放射線的照射使其產生散射和衍射來觀察其結晶構造。要想得到結晶蛋白質則需要很高的技術，而且有的蛋白質不管怎樣都不結晶。但如果用NMR的話就沒有必要結晶化，無論是粉末、液體，或者溶在其他物質的溶液中都可以進行測定。這就意味著可以觀察到與在生物體內同樣狀態下的蛋白質。
可是這裡存在著巨大的障礙。NMR所調查的對象主要是氫的原子核。因為氫原子核的NMR信號比其他原子核的信號強得多。也由於氫存在於任何生物體的分子中，所以調查了每個氫的狀態就能由此推測出整個分子的構造。但如果分子內存在非常非常多的氫的話，就會很難區分每個氫。別是蛋白質裡氫的數量非常多，就算是小的蛋白質裡也有將近1000氫原子，多的時候達到數萬個。把這些氫都一一的確定出來絕不是一件容易的事情。
維特裡希覺得要想挑戰這個難題，恩斯特想到的二維NMR的原理一定能派上用場。因此他請求恩斯特的協助，並從1976年開始二人協力開始了二維NMR的研究。
維特裡希還把注意力集中到了被稱為「核歐沃豪斯效應」的現象上。這個效應是說原子之間距離越遠原子就變得越小，所以通過正確地測定原子可以得到原子間的距離。就這樣，維特裡希等人開始了識別每個氫，同時通過測定原子間的距離和相互作用來確定蛋白質的立體結構這件乍看起來顯得魯莽的挑戰。
沒被輕易信服的研究結果
1984年，他們終於成功地利用NMR描繪出了蛋白質的立體結構，那是一種從牛的血漿裡提取出來的非常小的蛋白質（BUSI）。可是當維特裡希公布了這個結果的時候，很多研究者並不相信，認為「一定是從已經知道結構的蛋白質的形狀類推得到的」。
終結了這種不信任狀況的是馬克斯-普朗克研究所的教授羅伯特·休伯（1988年諾貝爾化學獎獲得者）。比維特裡希大一歲的休伯是X射線結晶學的專家。
1984年5月舉行的一次討論會後，休伯向維特裡希提出了一個建議，建議他把最近發現的蛋白質的結構在他們二人的研究室進行解析。也就是說休伯用X射線結晶解析法，維特裡希用NMR，然後對各自的結果進行比較。
德國的某個著名的化學企業決定協助他們的計劃，向兩個科研組提供了一種小蛋白質——澱粉酶抑肽。維特裡希的小組用了兩三個月的時間完成了解析，並將其和休伯的論文一起發表在了1986年的雜誌Journal of Molecular Biology（中譯名《分子生物學雜誌》）。結果，兩者得到的蛋白質的立體構造完全一致。
即便如此，科學家們還是沒有完全消除對維特裡希的方法的懷疑態度。維特裡希等人又對從兔子的肝臟裡提取的蛋白質金屬硫蛋白進行了構造解析，並在1985年美國的學會上公布了這一結果，但有一個研究者指出「這與我們用X射線結晶解析的結果不一樣」。
維特裡希回到酒店後立刻聯繫自己的研究室，用了兩個晚上確認是否有順序上的問題。結果證實並沒有順序上的問題。維特裡希回國後又一次檢查了全部數據，也得到了同樣的結果。儘管如此，他們的關於金屬硫蛋白的論文還是被《自然》雜誌拒絕了。
直到1992年，用X射線結晶衍射再次解析的金屬硫蛋白的結果被發表了。它和維特裡希用NMR得到的結果一致，這說明以前的X射線結晶解析的結果是錯誤的。就這樣，大家終於開始承認解讀蛋白質立體構造的NMR技術。
通過變換形狀破壞大腦的朊病毒
關於維特裡希的研究，最為人所熟知的就是開始時講到的對引起狂牛症的朊病毒立體構造的解析。
1996年3月，英國的保健大臣針對正在本國蔓延的狂牛症發表了「有感染人類的危險性」的聲明。因為當時發現了朊病毒轉移到人類的大腦內從而引發了疾病的病例。這個聲明引起了國際範圍內的恐慌，但僅僅在聲明發表的十天後，維特裡希等人就完成了解析朊病毒立體結構的工作。雖然並不是牛的，而是老鼠的正常型的朊病毒，但它標誌著關於朊病毒的研究向前邁進了重要的一步。
朊病毒是克羅伊茨費爾特（雅各布）病、羊的瘙癢病等疾病的病原體，不管哪種情況，它都會破壞動物大腦使之變成海綿狀，並在短時間內導致動物死亡。
1982年，美國的生化學家斯坦利·本·普魯斯納指出這些疾病的病原體是朊病毒，但對於朊病毒為什麼具有病原性這一問題卻沒給出明確的解釋。因為朊病毒不僅存在於生了病的動物及人的大腦裡，還存在於健康的生物的大腦內。究竟為什麼這麼危險的病原體會存在於正常的大腦內呢？
謎底就在於朊病毒的立體結構。維特裡希等人的研究表明，正常的朊病毒在水溶液中其分子的一半呈拉長的線圈的形狀，非常容易發生變化。這樣的朊病毒易溶於水，對身體組織不會產生傷害。但當這種立體結構產生變化而變得難溶於水後，朊病毒就會積蓄在大腦組織裡並破壞腦神經細胞。
朊病毒的發現者普魯斯納獲得了1997年的諾貝爾生理或醫學獎，其實維特裡希等人對正常型朊病毒立體結構的解析可能對他的得獎起了推動作用。
庫爾特·維特裡希由於前述業績而獲得了2002年的諾貝爾化學獎，當時共同獲獎的美國的約翰·貝內特·芬恩和日本的田中耕一。獲獎時芬恩85歲、維特裡希64歲、田中43歲，這三個分別相差20歲左右的不同時代的三代人都受邀來到了斯德哥爾摩。
NMR顯示的有力的蛋白質圖像
現在，生化學的研究軸心正從遺傳基因轉移到蛋白質。人類基因組計劃已經完成，人類的遺傳基因已經被完全解讀出來，其實僅僅是讀取DNA上鹼基序列的記號。
遺傳基因會產生什麼樣的蛋白質，這些蛋白質在生物體內和什麼樣的物質進行相互作用，發揮著怎樣的功能，這些問題不搞清楚的話就談不上已經讀取了遺傳基因的暗號。
因此，正在進行的國際合作項目「結構基因組學」把解析人類所擁有的所有的數萬個蛋白質的立體結構作為目標，現在正致力於解釋為什麼存在多種多樣形式的立體構造，從而明確構造和由構造產生的機能之間的關係。這不僅會幫助我們理解生命現象，還能幫助我們製造抑制某種特定蛋白質機能的藥物，或設計擁有某些必要機能的蛋白質。
為了實現這個計劃而成立的蛋白質資料庫（PDB），到2019年12月為止已經登錄了16.2萬多種蛋白質、DNA、RNA等分子的結構，其中8000種以上都是利用維特裡希開發的NMR技術而得到的。現在，維特裡希在瑞士聯邦工業大學繼續進行著NMR技術的改良和蛋白質的構造解析的工作，同時還在美國的斯克裡普斯研究所進行著結構基因組學的研究。