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桑格:科學路上不普通的普通人

2020-03-16 03:31
學苑創(chuàng)造·C版 2020年2期
關鍵詞:核苷酸測序諾貝爾獎

弗雷德里克·桑格堅持認為自己是個普通人:智商一般,成績普通,學生時期沒拿過獎學金;靠不拿工資才找到了一份科研工作,實驗臺就緊挨著養(yǎng)小白鼠的籠子;一輩子只做了兩三個課題,幾乎沒怎么發(fā)論文;更沒有任何行政職務,甚至連個教授都不是。可就是如此普通的他,得了諾貝爾獎,兩次。

[選擇自費科研]

桑格14歲的時候,被送入了當?shù)氐馁F族學校。不過,在學校,桑格的考試分數(shù)只是中等,而且他性格內向,在學校里并不引人注意。在大學里,桑格依然沒有顯示出什么過人之處,他雖然是理科學生,但數(shù)學和物理都讓他感到吃力,只有化學的成績還不錯。

1939年,21歲的桑格本科畢業(yè),走到了人生的岔路口,他問出了那個年紀所有人都困惑的問題:“我將來應該做什么工作?”

打量了一下自己,桑格覺得做研究還蠻有趣,于是他寫信給一些學校,看能否爭取到相關的工作。

以桑格如此普通的簡歷,是難以打動各大教授的。于是,他在求職信后面加了一句“我不缺錢,可以不拿工資”。

不出意料,教授們很歡迎這種自帶工資的勞動力,紛紛向他拋來橄欖枝。最后,桑格選擇了劍橋大學的一個實驗室。就這樣,桑格開始了他的研究生涯。

[第一個諾貝爾獎]

起初,桑格能做的,只是跟著研究員一起做實驗。他的實驗室在地下室,終日不見陽光。因為跟人合用的關系,他的工作臺緊挨著養(yǎng)小白鼠的籠子。除了覺得“鄰居們”味道不好,桑格對自己的實驗室十分滿意。逐步適應了科研之后,桑格漸漸開始獨立開展工作,他的目標是給蛋白質測序。

受技術條件所限,當時人們對蛋白質的結構了解不多,甚至一度認為蛋白質是一種無序的高分子結構。

為了明晰蛋白質究竟長什么樣,桑格選擇了胰島素作為研究對象。這一選擇有兩方面的考慮:一是因為胰島素作為生物體內常見的蛋白質激素,具有極大的研究價值,另一個原因則是易于獲得,胰島素是當時世面上少數(shù)幾種可以買到的純凈蛋白質之一。

桑格研究發(fā)現(xiàn),胰島素并不是一種無序結構,而是由兩條長肽鏈組成,分別含有21和30個氨基酸。為了測定這些氨基酸的序列,桑格自己發(fā)明了一種試劑,可以把這些長肽鏈分解成只含有2~3個氨基酸的短肽鏈。隨后,通過電泳等方法確定每個短肽鏈的頭和尾的次序。

這還沒完,桑格還要將測序好后的短肽鏈重新拼湊回原來的長鏈,以最終確定整個胰島素的氨基酸序列。大體相當于把完整的拼圖拆碎,之后蒙著眼睛再把它們恢復原狀。

就這么拆解、測試、拼合氨基酸,如此反復,很難談得上有多大的成就感。這個看不到盡頭的拼圖游戲,即使是充滿天真的孩童,也不見得能堅持很久。但這項工作,桑格一做,就是10年。

最后,桑格成功了。他推翻了原本蛋白質是無序高分子的推論,證明了它其實是氨基酸的特定序列。這項研究極大推進了生命科學的發(fā)展,并給桑格帶來了1958年的諾貝爾化學獎。

[第二個諾貝爾獎]

第一個諾貝爾獎后的漫長10年,桑格在科研上幾乎毫無建樹。他沒發(fā)表任何一篇文章,成果幾乎空白。外界對桑格有些質疑,但他從不在乎,默默做著實驗,他當時的研究目標是DNA。

DNA,全稱脫氧核糖核酸,書寫著人類生命的終極密碼。當時的科學界已經(jīng)探明了DNA是由四種核苷酸排列組合而成。如果能解析這些核苷酸的順序,勢必能更為深入地解讀人類這本天書。

桑格想做的,就是想給DNA測序,這項任務比蛋白質測序要難很多。因為在序列的數(shù)量上,一條DNA上的核苷酸數(shù)量要比胰島素中氨基酸數(shù)量多幾個量級。

面對如此艱巨的挑戰(zhàn),桑格的應對策略只有一個——埋頭實驗。那個時期,桑格的實驗記錄本上,出現(xiàn)最多的結論是“這個方案就是浪費時間……得從頭再來”,心酸程度如同一個為畢業(yè)掙扎的研究生。

命運倒是不虧待勤奮的人。從測序蛋白質后,經(jīng)過近20年隱修般的工作,桑格終于開發(fā)出了一套高效的DNA測序方法,名為“雙脫氧鏈終止法”,后來也被稱為“桑格法”。

通過這種方法,桑格帶領他的團隊成功完成了一種噬菌體的基因測序,其中共有5386個核苷酸。而之前,人們所能測定的核苷酸數(shù)量,最多只有80個。

隨后,這套方法逐漸演變成了世界通用的DNA測序手段,并為浩蕩的“人類基因組計劃”拉開了帷幕。

1980年10月,一通來自瑞典的電話再次在桑格的案頭響起。因為“打開了分子生物學、遺傳學和基因組學研究領域的大門”, 桑格獲得了當年的諾貝爾化學獎。

雙份諾貝爾化學獎加持的桑格,一直活躍在實驗室中。但1983年的某一天,桑格突然感到自己已經(jīng)夠老了,于是他停下了實驗并宣布退休。桑格拒絕了女王的封爵,搬到鄉(xiāng)下小屋,一心打理起了花園。

2013年,95歲的弗雷德里克·桑格在睡夢中離世。

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