1955年Davenport和Nicol发现水母可以发绿光,但不知其因。在1962年下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中,有个注脚,说还发现了另一种蛋白,它在阳光下呈绿色、钨丝照射下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年,他们纯化到了这个蛋白,当时称绿色蛋白,以后称绿色荧光蛋白GFP。Morin和Hastings提出水母素和GFP之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光,其能量可转移到GFP,刺激GFP发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。
下村修本人对GFP的应用前景不感兴趣,也没有意识到应用的重要性。他离开普林斯顿到WoodsHole海洋研究所后,同事普腊石(DouglasPrasher)非常感兴趣发明生物示踪分子。1985年普腊石和日裔科学家SatoshiInouye独立根据蛋白质顺序拿到了水母素的基因(准确地说是cDNA)。1992年,普腊石拿到了GFP的基因。有了cDNA,一般生物学研究者就很好应用,比用蛋白质方便多了。
普腊石1992年发表GFP的cDNA后,不做科学研究了。他申请美国国家科学基金时,评审者说没有蛋白质发光的先例,就是他找到了,也没什么价值。一气之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,给农业部动植物服务部工作。当时他如果花几美元,就可以做一个一般研究生都能做,但是非常漂亮的工作:将水母的GFP基因放到其他生物体内,比如细菌里,看到荧光,就完全证明GFP本身可以发光,无需其它底物或者辅助分子。
将GFP表达到其它生物体这项工作,1994年由两个实验室独立进行:美国哥伦比亚大学做线虫的MartyChalfie实验室,和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。
水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光酶的一种,它需要荧光素。而GFP蛋白质本身发光,在原理上有重大突破。
Chalfie的文章立即引起轰动,很多生物学研究者纷纷将GFP引入自己的系统。在一个新系统表达GFP就能在《自然》、《科学》上发表文章,其实不过是跟风性质,没有原创性。
纵观整个过程,从1961年到1974年,下村修和约翰森的研究遥遥领先,而很少人注意。如果其他生化学家愿意,他们也可以得到水母素和GFP,技术并不特别难。在1974年以后,特别是八十年代后,后继的工作,很多研究生都很容易做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色,并非显而易见。
诺贝尔奖
钱学森堂侄与两位美科学家共享诺贝尔化学奖
中新网10月8日电 综合报道,瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会于当地时间10月8日11时45分左右(北京时间10月8日17时45分左右)宣布,将2008年度诺贝尔化学奖授予日裔美国科学家下村修(Osamu Shimomura)、美国科学家马丁·查尔菲Martin Chalfie,以及美国华裔科学家钱永健。他们三人在发现绿色荧光蛋白方面作出突出成就。他们三人将分享诺贝尔奖金。
下村修和Martin Chalfie分别出生于1928年和1947年。他发明多色莹光蛋白标记技术,为细胞生物学和神经生物学发展带来一场革命。
按照传统,2008年诺贝尔奖颁奖仪式将在2008年12月10日举行。生理学或医学奖、物理学奖、化学奖、文学奖和经济学奖都将在瑞典首都斯德哥尔摩举行。2008年诺贝尔奖每项奖金仍为1000万瑞典克朗(约合140万美元)。
颁奖盛况
瑞典皇家科学院常任秘书贡诺·厄奎斯特首先宣读了获奖者名单。他说,这三位科学家因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献而获奖。他们将平分诺贝尔化学奖奖金1000万瑞典克朗(约合140万美元)。 随后,化学奖评选委员会主席贡纳尔·冯·海伊内和评委莫恩斯·艾伦贝里分别介绍了三位获奖者的成就。他们说,绿色荧光蛋白是研究当代生物学的重要工具,借助这一“指路标”,科学家们已经研究出监控脑神经细胞生长过程的方法,这些在以前都是不可能实现的。他们说,下村修1962年在北美西海岸的水母中首次发现了一种在紫外线下发出绿色荧光的蛋白质,即绿色荧光蛋白。随后,马丁·沙尔菲在利用绿色荧光蛋白做生物示踪分子方面做出了贡献;钱永健让科学界更全面地理解绿色荧光蛋白的发光机理,他还拓展了绿色以外的其他颜色荧光蛋白,为同时追踪多种生物细胞变化的研究奠定了基础。
在记者招待会上,厄奎斯特拨通钱永健的电话向他表示祝贺。钱永健在回答新华社记者提问时说,华裔科学家获得诺贝尔奖会令华人感到骄傲和自豪,也能激励更多中国年轻人投身于科研事业。钱永健还对在场媒体表示,他很高兴能够成为2008年的获奖者,虽然之前也有传言,但这确实出乎预料。
家族传奇
钱永健的父亲钱学榘与钱学森是堂兄弟,都是吴越国太祖武肃王钱缪之后,两人均毕业于交通大学,并赴美国留学。对于家族的长辈钱学森,钱永健非常推崇。2007年在接受《细胞生物学杂志》采访时,他意外提到,母亲和父亲的家族中有很多工程师,其中,钱学森是中国导弹项目的负责人。
1952年,钱永健出生在纽约。或许是家学渊源,他打小就对科学产生兴趣。读小学时,父母给他买了化学实验玩具,但他觉得不过瘾。后来,钱永健在学校图书馆发现一本化学书,里面讲到怎么将紫色的溶液变成绿色,他于是被化学深深吸引。读高中的时候,他家地下室已经摆满瓶瓶罐罐。兄弟俩甚至悄悄制造火药,结果不慎起火,烧到乒乓球桌。尽管出现了事故,父母并没有阻止孩子们的化学实验,钱永健也只是将实验地点搬到室外的混凝土露台。
16岁时,钱永健凭借美国科学基金会资助的一个化学项目,获得专为中学生设立的西屋科学奖。不过,钱永健在哈佛大学就读时,并不喜欢当时的化学教学方式,兴趣开始向神经科学转移。后来,他获得奖学金,将前往英国剑桥大学攻读博士,其指派的导师是理查德·阿德里安(Richard Adrian)。
当时,钱永健的大哥钱永佑(Richard Tsien)刚好从英国牛津返回。钱永佑后来在斯坦福大学任职,并且和钱永健一样成为了美国科学院院士。钱永佑告诉弟弟,阿德里安是一位研究肌肉的电生理学家。钱永健顿时愣住了,因为那时他想研究的是大脑。
不过,阿德里安给了钱永健极大的自由度,钱永健开始研究如何观察大脑的神经信号网络。1980年,钱永健发明出检测钙离子浓度的染料分子。钙离子是生物体内的重要信号分子,因此,钱永健的这一发明被广泛应用于生物体内成像技术。很长一段时期,生物学家们忽视了钙离子的化学问题,化学家不了解钙离子信号的生物意义。兼具化学和生物背景的钱永健,则在多次失败之后有所斩获。
两年后,钱永健与漂亮的姑娘温迪(WendyGlobe)成婚。
16岁即以金属如何与硫氰酸盐结合为题获西屋科学天才奖(TheWestinghouseScienceTalent)。20岁获哈佛大学学士(化学和物理,WithaNationalMeritScholarship)。25岁获得剑桥大学博士及博士后(生理学)。曾获沃而夫奖(WolfPrizeinMedicine,2004),全美化学学会,蛋白质学会等多项大奖。
语录
“我在美国出生,成长,但是我不太会说中文。我是美国科学家,这一点很确定。我不是中国科学家。血统出身并不能决定一个人的身份,一个成功的科学家必出于一个开放的社会,自由的环境是培育科学家的要件。”
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