【摘 要】
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2013年11月19日,一位偉大的生物化学家走完了95年的人生旅程。世界各地的科学博客和学术期刊都在撰文纪念他,连一向桀骜不驯的基因组科学家克莱格·文特尔也发了一条Twitter,表示他是“20世纪最伟大的科学家之一,两次改变了科学世界前进的方向”,即使刚去世的这位曾公开批评文特尔的研究所商业色彩太重,分享精神不足。著名科学作者艾德·杨(Ed Young)则写了一段DNA序列来表示哀悼:CGCAT
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桑格最终选择了2,4-二硝基氟苯。这种物质在常温下就能和自由的氨基稳定地发生反应,而且在“黏住”氨基后会呈现出黄色。桑格将蛋白质彻底打碎,然后提取出只被标记黏住的那个氨基酸并进行分析,就知道蛋白质链中最顶端的那个氨基酸是什么了。如果不把蛋白质彻底打碎,而是让它断成几个片段,就能鉴定更多位置的氨基酸,并最终得到完整的氨基酸序列。桑格用“拼盘子”来比喻整个分析过程:虽然很难判断在地上摔成20块碎片的盘子原本的样子是什么,但如果你把碎片收集起来,拼在一起,就会看到盘子上的图案。
1953年,桑格成功地测序了胰岛素的氨基酸序列。直到今天,他的方法仍有应用,2,4-二硝基氟苯现在被称为桑格试剂,而它和自由氨基的反应则被称为桑格反应。1958年,桑格单独获得诺贝尔化学奖。
1962年,桑格来到剑桥的分子生物学实验室(Laboratory of Molecular Biology)。许多重要的生物学进展都是在这里出现的,比如DNA的结构和复制原理。虽然桑格当时还不知道DNA序列和蛋白质序列的关系,但他知道DNA是基因的材料,而人类的遗传信息就储存在DNA的序列里。所以,他希望能像给蛋白质测序那样给DNA测序。
如果说蛋白质是由20个字母组成的句子,那么DNA的字母只有4个。但DNA却比蛋白质长得多,有时会有数百万个字母。所以给DNA测序被认为是几乎不可能完成的工作。
一开始,桑格想用与蛋白质测序类似的方法来给核酸测序:打破DNA,就像把盘子砸碎在地上一样。但进展并不顺利,因为通过这种方法进行测序的前提是找到一种合适的方法打破DNA,然后把不同的碎片分离出来,再找出一个特定的碎片进行研究。他没有在DNA上找到合适的类似方法,于是决定反其道而行之,不在“打碎”DNA的过程中对其进行测序,而是在合成DNA的过程里寻找它的序列信息。
他利用模板合成想测序的DNA序列,然后通过“人造字母”让DNA合成终止。人造字母能发出荧光,告诉研究人员在合成终止位置上的是什么字母。如果说桑格在发明蛋白质测序技术的时候参考了很多前人的研究,那么他的DNA测序技术却更富有想象力和原创性,所以被命名为“桑格测序法”。
桑格测序法给生物科学带来了巨大影响。在他提出这一技术的二十多年后,为人类的DNA进行测序的人类基因组计划使用的就是桑格测序法,他也因为DNA测序技术而与保罗·伯格(Paul Berg)和沃特·吉尔伯特(Walter Gilbert)分享了1980年的诺贝尔化学奖,成为惟一一位两度获得诺贝尔化学奖的科学家。
实验工人
两个诺贝尔奖让桑格走到哪里都有人追着向他询问成功的秘诀,谦虚的他总是表示,自己运气很好,“我总在合适的时间碰到合适的人和合适的问题。”他直言自己对教学和行政不感兴趣,据说他还因授课差被学生轰下台,但他的第一个博士生罗德尼·罗伯特·波特(Rodney Robert Porter)后来也获得了諾贝尔奖。在谈到这位因战争耽误了时间,比自己还年长的学生时,桑格表示,“他教我的比我教他的多。”
与很多有着辉煌经历的教授不同,桑格65岁就退休了。他认为,与其到了这个年龄还坚持做水准日趋下降的研究,还不如把位置让给年轻人。他想把时间花在自己感兴趣却一直没精力投入的事情上,比如打理一个花园。后来,他经营的花园相当有名,甚至成为一个景点。他还拒绝了英国女王准备给他的爵位,因为他不想让别人称他为Sir。
桑格在自传中写道,研究科学,“想”、“说”和“做”都很重要,“我思考能力还行,不善交谈,但我在43年的职业生涯里一直努力去做实验。”在中学时代,如果说成绩并不突出的他有什么特长的话,就是做木工活了。这一爱好既锻炼了他的动手能力,也影响了他的一生。在漫长的科研生涯中,他一直都很爱动手,自称“实验工人(bench worker)”,很少坐在办公室里写作和整理资料。功成名就之后,他还发表了大量以第一作者署名的文章,这在同行中实属罕见。
正是勤奋和专注,让自认没有天赋的桑格能在测序领域里书写一个又一个传奇。也许像艾德·杨那样用DNA序列来纪念桑格最为恰当——那段DNA序列对应的蛋白质序列是:RIPFREDSANGER(安息吧,弗雷德·桑格)。
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