從物理到生物：文奇如何靠“核糖體”逆襲得諾貝爾獎？

圖蟲創(chuàng)意

二十世紀(jì)八十年代，生物學(xué)經(jīng)歷著如20世紀(jì)初期的物理學(xué)那般翻天覆地的變化。但這一切，跟文奇·拉馬克里希南還沒有半毛錢關(guān)系。1975年，在物理學(xué)研究上沒有一點建樹決定轉(zhuǎn)攻生物學(xué)的他，先后被耶魯大學(xué)、加州理工大學(xué)拒之門外。文奇陷入了得靠老婆養(yǎng)活的窘迫境地。

好在天無絕人之路，1976年，加州大學(xué)圣迭戈分校接受了文奇的申請，愿意收他做生物學(xué)的博士生，并且提供獎學(xué)金。于是文奇帶著老婆、孩子以及丈母娘，搭上了朋友從俄亥俄駛往加州的順風(fēng)車。

來加州的第二年，文奇在《科學(xué)美國人》上讀到了一篇關(guān)于核糖體的文章，文中描述了利用中子散射技術(shù)確定核糖體不同蛋白質(zhì)的位置。物理學(xué)家都知道這種技術(shù)，但很少有人將其用于生物學(xué)研究。文奇意識到了其中的關(guān)竅，覺得這或許將是他的機(jī)會。剛好，這篇文章的其中一位作者唐·恩格爾曼是文奇的老熟人，此前曾對他拋出過橄欖枝。文奇寫信給唐，表示愿意在他手底下做事，但唐回信告訴文奇，他現(xiàn)在沒有博士后的位子了。轉(zhuǎn)而將文奇推薦給了彼得·摩爾。

1978年秋，文奇驅(qū)車前往耶魯大學(xué)，在彼得·摩爾麾下開啟了他關(guān)于核糖體的研究。當(dāng)時，科學(xué)界已經(jīng)大體清楚核糖體的功能并且知道它是由大小兩個亞基構(gòu)成。因此，當(dāng)文奇告訴別人他正在研究核糖體時，經(jīng)常有人用有些憐憫的語氣問他：“那不是已經(jīng)研究完了嗎？”

但文奇清楚，核糖體就像汽車一樣，盡管知道駕駛員手握方向盤、腳踩油門就能將其開走。但對于汽車的實際運行過程，即核糖體合成蛋白質(zhì)以及讀取信使RNA（messenger RNA）的過程，大家還不甚了解。

因此，文奇在彼得·摩爾手下的主攻方向就是弄清核糖體中50種蛋白質(zhì)的具體位置。三年后，問起找到了一半以上的蛋白質(zhì)位置，但此時，他的博士后階段即將結(jié)束，唐將文奇介紹去了橡樹嶺國家實驗室。

1982年2月，文奇帶著家人前往田納西，搬進(jìn)了他們掏空家底購置在實驗室附近的新家。但正式進(jìn)入實驗室工作后，文奇才發(fā)現(xiàn)

他在這兒只是個打下手的，職責(zé)是與生物學(xué)同僚們協(xié)助物理學(xué)家進(jìn)行中子散射實驗，而不是自己開展研究。因此，文奇剛進(jìn)實驗室就產(chǎn)生了離開的念頭，但他的家人十分喜歡橡樹嶺美麗的花園和田園般的生活。文奇也只能收起自己的抱負(fù)，在實驗室苦苦支撐。幸運的是，布魯克海文國家實驗室開發(fā)了中子的生物研究應(yīng)用文奇被邀請去那邊工作，實驗室還保證會給文奇提供獨立的場地和技術(shù)人員。

于是，文奇一家以跳樓價賣掉了自己才住了1年零3個月的新房子，于1983年，搬去了長島。搬到長島后，雖然文奇雖然時不時還會進(jìn)行核糖體實驗，但他發(fā)現(xiàn)，他和該領(lǐng)域的生物學(xué)家們都沒有在破解核糖體的工作中取得任何實質(zhì)性進(jìn)展。文奇的生物學(xué)研究似乎同十年前的物理學(xué)研究一樣，陷入了困境。

從二十世紀(jì)八十年代開始艾達(dá)·尤納斯就嘗試在核糖體研究上尋求突破。1991年，艾達(dá)完成了對亞基晶體的重大改進(jìn)。理論上來說，科學(xué)家首次得到了可以解析核糖體整個亞基原子結(jié)構(gòu)的晶體圖譜。同年8月，韋恩·亨德里克森利用鈥（huǒ）原子解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時，得到的圖像好到壯觀。文奇了解到鈥和鑭（lán）系元素在特定波長下具有更大的異常散射，能夠更好地還原蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。

而他，知道很多鑭系元素原子會在十幾個地方與核糖體結(jié)合。文奇知道，他找到了解析核糖體亞基，甚至是整個核糖體結(jié)構(gòu)的方法。

1995年，文奇離開布魯克海文，來到猶他大學(xué)。此時，整個核糖體研究領(lǐng)域開始人滿為患，不但有在此領(lǐng)域耕耘十?dāng)?shù)年的艾達(dá)，甚至文奇的導(dǎo)師彼得·摩爾也攜手湯姆·斯泰茲加入了進(jìn)來。此時的核糖體研究主要集中在名為50S的亞基上。于是文奇動起了小心思，決定不扎堆追熱點，他打算在30s亞基賽道上悄悄努力然后驚艷所有人。

正當(dāng)文奇忙著在猶他大學(xué)組建團(tuán)隊，著手開展研究時，他受邀參加了一場在瑞典舉行的核糖體研究會議。會上，彼得和艾達(dá)分別展示了自己在50s亞基上的最新研究，文奇倍感輕松，因為他只是50s亞基競賽的旁觀者。直到艾達(dá)展示了她在30s亞基上的最新成果，文奇簡直不敢相信自己的眼睛。不曾想，自己以為的“悄悄努力”竟然變成了跟學(xué)界大牛之間正面交鋒的“噩耗”。會議的后續(xù)內(nèi)容，文奇完全沒聽進(jìn)去。會后，他還被拉去跟包括艾達(dá)在內(nèi)的幾位學(xué)者一起在湖邊漫步。

從瑞典回到猶他大學(xué)沒多久，文奇接到了艾達(dá)的電話。艾達(dá)聽說了文奇也在研究30s亞基，她告訴文奇，她的研究已經(jīng)遙遙領(lǐng)先了，她可以識別出文奇解析出結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。

文奇覺得天都塌了，如果艾達(dá)說的屬實，那她的確是遙遙領(lǐng)先了。

正當(dāng)文奇考慮是否要放棄研究時，文奇的同事告訴他，如果艾達(dá)真的遙遙領(lǐng)先，那她干嘛還給你打電話？

同事的冷靜分析，讓文奇重拾信心，文奇下定決心要在30s亞基研究中，開墾出屬于自己的一片天地。1999年4月，文奇上任英國劍橋醫(yī)學(xué)研究理事會，分子生物學(xué)實驗室小組的領(lǐng)導(dǎo)，全力研究30S亞基。文奇很快確認(rèn)了30S亞基的輪廓及其特征形狀。他們看到了30s亞基中約三分之一的分子結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)和信使RNA相互連接的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

突破來的正式時候。6月，在哥本哈根舉行的核糖體會議上

文奇報告了自己小組的成果以及研究方法。演講結(jié)束后，全場沉默，隨之而來的，是激烈而嘈雜的討論?？吹矫鏌o表情的艾達(dá)時，文奇意識到，自己追趕上來了。而且，領(lǐng)先她一個身位。

接下來的經(jīng)年累月中，文奇、艾達(dá)、湯姆·斯泰茲以及其他在該領(lǐng)域的科學(xué)家，在相互競爭中，共同推動著核糖體研究的進(jìn)步。

2009年10月，文奇、艾達(dá)和湯姆共享當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎，

以表彰他們在核糖體結(jié)構(gòu)和功能方面研究的貢獻(xiàn)。

如果細(xì)菌的核糖體功能得到抑制，那么細(xì)菌就無法存活。在醫(yī)學(xué)上，人們正是利用抗生素來抑制細(xì)菌的核糖體從而治療疾病，幫助減輕人類的病痛進(jìn)而拯救生命，這就是文奇等人研究的重要意義。

2015年9月，文奇當(dāng)選英國皇家學(xué)會會長。如今，這位72歲高齡的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家依然十分活躍。

本文為科普中國·創(chuàng)作培育計劃扶持作品
作者：湖南科學(xué)技術(shù)出版社

審核：李蓓 湖南科學(xué)技術(shù)出版社科普出版事業(yè)部 副編審

出品：中國科協(xié)科普部

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