三四年前到冷泉港参加一个Epigenetics的会议,期间听的报告早已忘得一干二净,印象深刻的却是那里星宿派一般的气氛。
冷泉港生物实验室早在十九世纪末就成立了,历史上出过不少名人,比如研究玉米中transposable element 的Babara McClintock。James Watson于1968年给从哈佛招到这里当director, 1998年又成立了以自己名字命名的研究生院 (Watson School of Biological Sciences)。
话说2004年我和几个同事搭着我老板的车来到纽约长岛,进入冷泉港实验室所在的小镇不久,就看到公路中立着个牌子,大意是DNA结构发现者的居住地什么的。我颇不以为然。华生是1953年在英国剑桥工作时和克里克合作研究出DNA结构的,那时他和冷泉港生物实验室八杆子打不着。这小镇干嘛非往自己脸上贴金啊!
接着进入校园,发现这里立着以DNA双螺旋结构为主题的雕塑。不是一个,而是很多个不同的!然而真正震撼到我的是冷泉港的会议大厅。在大厅右侧墙上赫然挂着真人1.5倍大小的巨幅华生画像。画像里他穿着亮黄色的毛衣,双腿交叉坐在靠背椅里,双臂搭在扶手上。据同事Scott观察,那个椅子的扶手与地平线大致齐平,华生的姿势就象是挂在十字架上的耶稣,所以这幅画是大有寓意的!
更好笑的是会议开了一半,中场休息时华生穿着他那件亮黄色的毛衣出现在会场。他也不和人打招呼,径直找了个中后排的位子坐下听报告。昨天我和大学同学聊起来,她说也在冷泉港开会时见过华生,也是穿着那件黄色毛衣!不知那老头是特别喜欢这一款毛衣囤了好多件呢,还是专门留出这件毛衣一到开会时就穿上到会场里招摇呢?
Scott对这幅画很不满。中午吃饭时和我们商量要把它偷了换上猫王的丝绒头像。
http://www.velvetpaintings.com/gallerie ... 101a.shtml
据Scott说这种猫王头像六七十年代很流行,一般旧货店里都能找到。他越讲越兴奋,讨论起盗窃和转移这幅画的技术细节来。他说我们可以把那幅画偷了以后,去掉画框抽出画布,卷起来塞到装poster的塑料筒里,这样就能安全带出长岛了。
大伙儿听得都很来劲儿,连下午的报告也不听了,开着租来的车到岛上的旧货店去找猫王头像了。算华生运气好,我们逛了一下午也没找着Scott说的那种猫王画像,这事儿就不了了之了。
接下来几天我对这里的星宿派作风也就见怪不怪了。比如说会议厅地毯上有疑似DNA双螺旋的花纹。比如说会议厅楼下洗手间旁有个纪念品店,卖的是华生自传华生小人像和织着DNA双螺旋纹路的毛衣围巾等等等等。我对这里的期望值越来越高,以至在用过洗手间后和同事报怨,为什么这儿的厕纸没印上双螺旋的花纹呢?
华生生物学研究生院不是98年成立的吗,第一批六个学生于2004年4月25日毕业,“exactly 51 years after the day that James D. Watson and Francis Crick published the structure of DNA”。我猜华生98年招研究生,是想让学生在“exactly 50 years after the day.。。”领毕业证书的,也不知哪个学生不合作,没按期赶出论文。
在我上学期间,他来我们学校作过两次报告。因为是面向大众而不是生物专业人士的,我就没去,想着肯定没什么最新科研成果。后来听人说他果然没讲科学而是说了一通八卦和是非。现在我有点后悔,听听他放大炮一定很好玩。
他信口胡说的笑话多了。以下来自wiki:
当然他最出名的statement是2007年说的,非洲人民前景黯淡是因为人家智力比较低下。Watson has repeatedly supported genetic screening and genetic engineering in public lectures and interviews, arguing that stupidity is a disease and the "really stupid" bottom 10% of people should be cured.[70] He has also suggested that beauty could be genetically engineered, saying "People say it would be terrible if we made all girls pretty. I think it would be great."[70]
He has been quoted in The Sunday Telegraph as stating: "If you could find the gene which determines sexuality and a woman decides she doesn't want a homosexual child, well, let her."[71] The biologist Richard Dawkins wrote a letter to The Independent claiming that Watson's position was misrepresented by The Sunday Telegraph article, and that Watson would equally consider the possibility of having a heterosexual child to be just as valid as any other reason for abortion, to emphasise that Watson is in favor of allowing choice.[72]
On the issue of obesity, Watson has also been quoted as saying: "Whenever you interview fat people, you feel bad, because you know you're not going to hire them."[73]
Watson also had quite a few disagreements with Craig Venter regarding his use of EST fragments while Venter worked at NIH. Venter went on to found Celera genomics and continued his feud with Watson through the privately funded venture. Watson was even quoted as calling Venter "Hitler."[74]
While speaking at a conference in 2000, Watson had suggested a link between skin color and sex drive, hypothesizing that dark-skinned people have stronger libidos.[73][75] His lecture, complete with slides of bikini-clad women, argued that extracts of melanin — which give skin its color — had been found to boost subjects' sex drive. "That's why you have Latin lovers," he said, according to people who attended the lecture. "You've never heard of an English lover. Only an English patient." [76]
出了这摊子事华生马上成了众矢之的。几天后他不得不出来道歉,我也不知道抽了哪根筋说了那些个话。没用了,冷泉港革了他职。老人家总算是退出了历史舞台。On October 14, 2007, a biographical article written by one of Watson's former assistants[50], Charlotte Hunt-Grubbe, appeared in the Sunday Times Magazine in anticipation of his soon to be released, in the UK, memoir Avoid Boring People: Lessons from a Life in Science.[50]
Watson was quoted as saying he was "inherently gloomy about the prospect of Africa" as
“ all our social policies are based on the fact that their intelligence is the same as ours — whereas all the testing [IQ and Standarized testing] says not really.[50] ”
Hunt-Grubbe stated that Watson's "hope" was "everyone is equal" but quoted him as having said "people who have to deal with black employees find this not true." Furthermore, she suggested that Watson believed "you should not discriminate on the basis of colour" by quoting him as having said
“ there are many people of colour who are very talented, but don’t promote them when they haven’t succeeded at the lower level.[50] ”
Watson was then attributed as having written
“ there is no firm reason to anticipate that the intellectual capacities of peoples geographically separated in their evolution should prove to have evolved identically. Our wanting to reserve equal powers of reason as some universal heritage of humanity will not be enough to make it so.[50]
我个人认为他得炸药奖还是应该的。而且他怪好玩儿的。要是科学家个个都是面黄肌瘦勤勤恳恳的老黄牛也太闷了不是?
不知道他那幅画像还在不在冷泉港的会议厅里?
解码神探 Francis Crick
相比起来我对克里克的好感大大滴。这主要是因为他的一篇发表于1961年,推断出三个碱基编码一个氨基酸的论文。上研究生的第一年,我有一门课是学习历史上推动生物学大发展的论文。读克里克那篇之前老师就说这是史上最好的生物学论文。一读之下果然,感觉就跟读了本好的侦探小说似的,和现在那种技术先行的论文完全不一样。
这里是那篇论文的链接。
http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/C/B/J/_/scbcbj.pdf
论文开篇明义地交代了需要解决的问题。当时已经知道:
1. 蛋白质是由线性排列的氨基酸组成的。
2. DNA的碱基也是线性排列的
3. 氨基酸的序列是由DNA的碱基以某种方式决定的。
4. 组成蛋白质的氨基酸共有二十种,而碱基有四种。
那么一条DNA链上的四种碱基是怎样决定那二十种氨基酸的序列的哪?
现在看起来,这个问题简直算不上问题。把氨基酸测测序再把碱基测测序,两下里一对照不就出来了吗?关键是那个年代并没有分离基因并测序的方法,也没有给蛋白质测序的方法。那时的分子生物学家,能用的只是细菌,噬菌体,和能导致DNA突变的一些化学药品。
提完问题,作者进行了一系列逻辑推理和模型建立。
1. 用四种碱基编码二十个氨基酸,至少得用三个或以上碱基编一个氨基酸。因为只用两个碱基的话,只有4x4=16种组合方式。用三个碱基,有4x4x4=64组合方式,这样又多了些。
2. 跟据已有的实验结果, 编码氨基酸的genetic code 不可能是重叠的 (overlapping). 比如atcg 四个碱基,不能头三个碱基(atc)对应一个氨基酸,后三个碱基(tcg)又对应另一个氨基酸。这是因为如果genetic code 是overlapping的话,那么改变一个碱基通常会影响到前中后三个氨基酸的变化。从烟草病毒突变实验和人血红蛋白序列变化研究中,已经证明了氨基酸的改变是一个个独立发生的。
3.如果genentic code 不是重叠的,那在一段连续的DNA链上,如何确定哪几个碱基是对应氨基酸的呢?假设是三个碱基对应一个氨基酸,有这么几种可能:
A. 每三个碱基用来编码,第四个碱基用来作间隔。
B. 某些三碱基组合用来编码氨基酸,另一些三碱基组合用来作隔断。
C. 从一个固定点开始,每三个碱基编码一个氨基酸,顺序下去,没有隔断。
作者们认为第三种模型的可能性最大,并开始用实验论证。
接下来介绍实验手段:大肠杆菌K12和寄生在大肠杆菌里的T4噬菌体。当T4里的必需蛋白质有正常功能时(functional), 这种噬菌体可以在大肠杆菌里繁殖并导致大肠杆菌死亡。死后的大肠杆菌破裂并释放出更多的噬菌体去入侵邻近的大肠杆菌。从宏观上来看, 就是在一层大肠杆菌的菌苔上出现了一个个圆洞。每一个洞对应被一个噬菌体及其后代损耗的大肠杆菌们。
作者使用的DNA突变药品是proflavin,从以往的实验得知,proflavin的作用是加或者减一个碱基。Proflavin导致的基因突变是non-leaky的,即突变后所编码的蛋白质完全失去了功能。这样功能的度量就简单了,要么有,要么没有。如果这个蛋白是噬菌体必需的,肉眼看到的就是有圆洞(=有功能),或者没圆洞(=没功能)。
作者接着推理,如果在一段基因中加入一个碱基而导致这个突变下游的碱基序列不再编码有功能的蛋白质,那么在这个突变的下游减去一个碱基有可能抵消(suppression)第一个突变的作用。前提是这两个突变之间的碱基所对应的氨基酸对这个蛋白来说可有可无。
于是克里克及合作者们先在T4噬菌体里用proflavin 制造一些突变,挑出了一些不能在大肠杆菌K12里繁殖的噬菌体(但仍可在另一种细菌里繁殖)。他们接着在已有突变的噬菌体里再用proflavin来挑出suppressor,即第二个突变抵消了第一个突变,蛋白质恢复功能,T4噬菌体又可以在K12里繁殖。
作者然后用基因重组(recombination)的方法分离出第二个突变,发现这第二个突变的独立存在也让蛋白质完全失去功能。接着他们又用同样的方法挑出第二个突变的suppressor,并把这个suppressor (第三个突变)也分离了出来。
如此这般,他们分离出很多单个突变,每一个突变都能让这个蛋白质失去功能,使T4噬菌体不能在K12的菌苔上制造圆洞。
他们尝试把每两个突变组合在一起,看这样能否恢复蛋白质功能。最后他们发现所有突变都能归并到两组里,组A和组B。 组A里的突变都能抵消组B里突变的作用,反之亦然。同一组里的任何两个突变之间则不能互相抵消。他们推理,一个组里的所有突变都是添加了一个额外的碱基,另一个组里都是减少了一个碱基。
下一步是论文里最精彩的一段。作者推理,假如genentic code 是triplet的,即每三个碱基编码一个氨基酸,那么把同一组里三个添加碱基的突变结合起来,或者把另一组里三个减少碱基的突变结合起来,三个突变之后的DNA序列,就会重新回到正确的阅读框(reading frame), 那之后编码的所有氨基酸又是正确的了,蛋白质的功能就又恢复了。
This is exactly what they found.
克里克的这篇文章还得出一些其他重要推论: 蛋白质的翻译是从一个固定点开始的 (start codon), 同一个氨基酸可以由好几个三碱基组合决定 (the genentic code is degenerate). 这里就不再细说了。
也许大家觉得这篇论文太简单了,不够惊险曲折。 然而在那个时代条件下,其实是非常激动人心的。比如当时对proflavin的作用都有争议,这组作者坚持自己的推断,即proflavin加或者减一个碱基,才正确解读了genentic code.
当年我第一次读到这篇论文时,感受到的是一种纯粹的朴素的美,让我想起最初自己为什么要搞科研。当时老师还给我们看了篇短文,是克里克自述看到带三个突变的噬菌体又能在菌苔上生长时的兴奋心情。可惜我现在找不到了。
这里我要说几句得罪人的话。现在这种逻辑清晰构思精巧的生物论文还有,但是越来越少了。更多的是那种不用动脑子,作expression array或者是用siRNA作whole genome screening的文章。这一路子文章的好处是做完实验了,总能把结果总结一下发篇论文。可这样基本上就没什么思考和推理的乐趣了。
这篇论文的第三作者 Sydney Brenner也是个非凡人物。他于2002年得到炸药奖,不是因为他早年对解读基因密码的贡献,而是因为他单枪匹马开创了线虫C。 elegans 的研究领域。他当初选这种生物,是想用它来研究神经学的。因为这小虫是透明的,体内的细胞包括神经细胞数目是确定的。所以发育过程中每一个细胞的产生,变化和死亡都能研究清楚。正是从这种小虫身上得出了细胞程序性死亡(programmed cell death or apoptosis)的概念,即在发育过程中的正常细胞死亡。这一概念对癌症研究有特别深远的影响,因为癌细胞从根本上来说就是失去了程序性死亡功能的细胞。2002年得炸药奖的另两个人,H. Robert Horvitz and John E. Sulston, 都是Brenner 的学生。如果说Brenner是开门祖师,那么Horvitz就是掌门。现在以c. elegans 为研究对象的各实验室负责人,大多是Horvitz 的徒子徒孙。不过据说Horvitz对他的学生薄厚们相当苛刻。
这几年做C.elegans的颇为风光。是因为在这种小虫里发现了siRNA 和miRNA,2006年的炸药奖就发给了发现siRNA的两人。
tbc