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“发光水母”与诺贝尔化学奖得主下村修的故事
时间:2018-10-23 14:08:40来源:精准医学100人
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提要:据日本NHK电视台10月21日报道,2008年诺贝尔化学奖获得者【因从水母中发现对生命科学研究必不可少的工具绿色荧光蛋白质(GFP)】下村修去世,享年90岁。
“发光水母”与诺贝尔化学奖得主下村修的故事

阴差阳错学化学

下村修1929年出生在日本古都京都。第二次世界大战后,下村修从长崎医科大学毕业,想进入名古屋大学深造,于是前往名古屋大学拜访一名教授。不巧的是,那位教授外出了。他偶遇科学家平田义正,平田的研究室当时正研究有“海中萤火虫”之称的海洋荧光动物海萤。下村修最终进入平田研究室继续学习。

回忆起那段往事时,下村修感慨,“那次的阴差阳错决定了我的命运”。

1955年,平田交给下村修一项任务,让他找出海萤被碾碎放在水里仍能发光的原因。当时有多个美国研究小组涉足这一课题,都无一拿出结果。然而,幸运再度光顾下村修。第二年,他就从海萤体内提取出一种蛋白质,发光亮度比海萤本身强3.7万倍。

因为这项发现,下村修不仅被名古屋大学破例授予博士学位,晋升助理教授,还引起美国普林斯顿大学学者弗兰克・约翰逊的强烈兴趣。1960年,在约翰逊的邀请下,下村修前往美国。

水母工厂

1960年,一位科学家将一小罐白色粉末交给初来美国的下村修,并告诉他这是从一些能发光的水母中取得的“精华干粉”。下村修立刻被这神秘的粉末吸引,第二年便和约翰逊来到了美国西北海岸,对当地的一种水母展开了研究。这种水母在感觉到有威胁时,伞盖边缘会发出一圈绿光。

下村修所在的实验室正好位于港湾。每天,柔软的小水母都乘着早晚的潮汐成群结对地漂过他实验室的两侧。其中一些会被下村修用小网兜截住,带回实验室。这些水母只有掌心大小,就像一把圆圆张开的小伞,在昏暗的水中发出幽幽绿光。发光的器官是一百多个小颗粒,就像点缀在小伞边缘的微型“灯泡”。下村修将小伞边缘剪下来,用棉布攥出水母“精华”。只是离开了原来的环境,它们似乎不太乐意发光。

没想到一次意外的操作居然出现了令人惊奇的结果。经过多次试验,下村修依然没办法让“精华”发光,又一次试验无果后,下村修有些沮丧地将“精华”倒进了洗手池,没想到的是,“精华”居然发光了,残留的海水竟让它们瞬间恢复了光芒――原来水母“精华”发光的一个重要秘密是需要海水中的钙离子来辅助。这个发现点燃了下村修继续工作的希望,因为他知道会发光的物质终于可以被毫发无伤地分离出来了。

将发光的蛋白从水母中分离出来并不是下村修的最终目的。他经过计算得知,如果想继续进行更深入的理化性质和分子结构研究,则需要在一个夏天抓2.5吨共50000个发光的小水母!下村修带着自己的妻子、儿女和几个帮手,整个夏天的早晚都拎着小桶在水边抓水母。他曾在一篇文章中写道:“五年过去了,当我的儿女长到八岁的时候,已经能抓得像成年人一样快了!”

下村修没有预料,发光水母他竟然持续抓了20年;他更没想到的是,30年后,照亮水母的绿色荧光蛋白也照亮了其他生物的细胞。

无心插柳的发现

一天,下村修把这种发光物质注入一个装有海水的水槽时,惊异地发现,水中出现明亮的蓝光,而不是预想中的绿光。

实际上,下村修从水母体内提取的是一种蓝色荧光蛋白。这就产生了一个疑问,水母如何产生绿色荧光?进一步研究显示,水母身上有一种绿色荧光蛋白,这种荧光蛋白的发光机制迥异于其他发光生物,能“夺取”蓝色荧光蛋白释放的能量,从而把蓝光变成绿光。

1962年,下村修从十万只小水母中纯化出5毫克发光蛋白。同时被分离出来的还有另一种“绿蛋白”,在紫外光的照耀下会发出绿色荧光。下村修和约翰逊发表论文,宣告发现绿色荧光蛋白,这种蛋白能在紫外线照射下发光,颠覆了当时认为蛋白必须有酵素等其他物质相助才能发光的“常识”。这个蛋白后来被称为“绿色荧光蛋白”――诺贝尔化学奖的主角终于在历史上登台亮相。

1979年,下村修阐明绿色荧光蛋白发光部分的化学构造。有趣的是,下村修当时认为这项发现没多大实际应用价值。他曾在接受日本共同社记者采访时说,作为化学家,他1979年认为对绿色荧光蛋白的研究已告一段落,觉得这种蛋白能不可思议地释放出美丽绿光,“没啥用处”。

直到20世纪90年代,美国哥伦比亚大学教授马丁・沙尔菲指出,绿色荧光蛋白的自身发光特性在生物示踪方面有极高价值,加利福尼亚大学学者钱永健通过进一步改造绿色荧光蛋白,使这种自体发光蛋白最终成为“当代生物科学研究中最重要的工具之一”。

之后的十几年中,绿色荧光蛋白又被用到了病毒、酵母、小鼠、植物甚至人类等各种生物身上――它们前所未有地在生活的状态下被涂上了颜色:癌细胞装载了绿色荧光,就与周围细胞区别开来,它们扩张领地的脚步一览无余;小得难以追踪的HIV病毒被镶了荧光,它们如何进入细胞、躲在细胞哪个角落、怎样从细胞中冒出去的种种过程就都被暴露在世人眼前……

诺贝尔委员会成员在评论绿色荧光蛋白的功绩时说,它“照亮了生物学研究的未来”,不仅如此,它也扩展了我们视野所及的范围。

淡泊名利只求真

当年下村修得知自己获得诺贝尔奖后说:“有传言说是生理学或医学奖,我原以为得化学奖的可能性为零。我获奖只是偶然的幸运。”

下村修说,每到一处新的地方,自己总能遇到名师,运气实在太好;此外,先研究海萤,再研究水母,也是非常幸运,如果二者研究顺序倒过来,可能现在一无所获。

问到成功的经验时,下村修说,作为一所地方大学的毕业生,在学校学到的东西并不多,只是一名业余研究爱好者,重要的是要自己学东西。

下村修少年时亲身经历长崎原子弹爆炸和二战结束前后的混乱时局。这一体验让他对生命有另一番感受。他在获奖后举行的新闻发布会上说,经历过苦难的人,不会轻易产生畏难情绪。他寄语后进说,年轻人遇到困难时容易产生畏难情绪,但是,一旦发现自己感兴趣的课题,应该排除万难,奋力攀登。

后来在美国麻省伍兹霍尔海洋生物实验所工作,并担任波士顿大学名誉教授,与家人定居在美国马萨诸塞州。退休后,他把实验工具搬到家中,继续研究其他发光材料。

下村修

2018年10月19日,下村修因病逝世,享年90岁。

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发光水母 诺贝尔化学奖 下村修

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作者系CatherineX

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