綠色熒光蛋白的前世今生

故事還要從美國西北部的海岸說起，每年夏天，這里就會出現(xiàn)許多水晶水母。當(dāng)這些水母受到驚嚇的時候，它們就會發(fā)出一圈淡淡的綠色熒光。

這些迷人的水母引起了一位科學(xué)家的注意，他叫下村修。

水母為什么會發(fā)光呢？

從20 世紀60年代開始，下村修每年夏天都會驅(qū)車跨越整個美國來此撈水晶水母。

經(jīng)過多年努力，下村修終于從幾萬只水母體內(nèi)提煉出了幾種關(guān)鍵的發(fā)光蛋白，其中一種叫作“綠色熒光蛋白”，正是這種蛋白質(zhì)讓水母發(fā)出了幽幽的綠光。

他發(fā)現(xiàn)這是一種在生物中罕見的可以獨立發(fā)光的蛋白質(zhì)，只可惜限于當(dāng)時的技術(shù)條件，下村修在將這種蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)研究透徹之后便只得將其束之高閣。那時的他還不知道，他所發(fā)現(xiàn)的這種蛋白質(zhì)將會在幾十年后帶來一場轟轟烈烈的生命科學(xué)革命。

但本文的主角并不是下村修，而是十多年后第一個站出來用綠色熒光蛋白敲擊新時代大門的道格拉斯·普瑞舍。

從20世紀80年代開始，基因工程逐漸在生命科學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角，而普瑞舍率先嗅到綠色熒光蛋白在這輪風(fēng)口中的強大潛能。他想到如果通過一些技術(shù)手段把綠色熒光蛋白“拴”在細胞內(nèi)的其他蛋白質(zhì)上，就相當(dāng)于給這些蛋白質(zhì)打上了“正道的光”，從此這些蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的一舉一動都將無所遁形，而這將成為人類史上第一種可以精確觀測蛋白質(zhì)活動的技術(shù)。

但是，普瑞舍性格內(nèi)向，不善言辭，申請科研經(jīng)費時處處碰壁。

一直到1988年，他好不容易從美國癌癥協(xié)會那里申請到20萬美元的科研經(jīng)費，這才得以放手一搏。

普瑞舍要實現(xiàn)用綠色熒光蛋白修飾其他蛋白質(zhì)的目標，第一步就是找到編碼綠色熒光蛋白的基因。

在20 世紀80年代，分子生物學(xué)尚處于萌芽階段，做相關(guān)實驗不但費時費力，而且花費極大。

普瑞舍要尋找綠色熒光蛋白的基因，唯一的辦法就是向下村修學(xué)習(xí)——去美國西海岸拼命抓水母。

當(dāng)時的普瑞舍沒有終身教職，身邊并沒有多少學(xué)生助手，許多操作都得親力親為。即便如此，他還是在解剖了大量的水晶水母后，提取出了其中編碼綠色熒光蛋白的基因。

從事后諸葛亮的角度來看，他的工作意義重大，因為在那之后不久，美國西海岸的水晶水母不知為何數(shù)量銳減。如果沒有他及時提取水母的熒光蛋白基因，人類或許會在之后很長時間里都和這一生命科學(xué)史上十分重要的工具失之交臂。

但是，到這一步，普瑞舍的體力和意志都已經(jīng)瀕臨極限。

沒有終身教職的他收入微薄，工作繁重，而且把綠色熒光蛋白“拴”在其他蛋白質(zhì)上的目標又是那么遙不可及。

更棘手的是，他那20萬美元的研究經(jīng)費就快見底了。

最終在1991年，普瑞舍那20萬美元的科研經(jīng)費徹底花光了，而他無論是申請更多經(jīng)費還是申請終身教職均以失敗告終，不得不徹底放棄對綠色熒光蛋白的研究。

不過普瑞舍在放棄前，將他這些年的科研經(jīng)歷寫成一篇論文。雖然這篇論文被后人稱為“科學(xué)史上最悲壯的論文”，但他的工作早已成功引起了兩位大科學(xué)家的注意。

馬丁·查爾菲和錢永健先后致信普瑞舍，求借他所提取的綠色熒光蛋白基因。普瑞舍便將自己苦心提取的綠色熒光蛋白基因送給了他們。

后來，查爾菲實驗室的一名研究生采用當(dāng)時新發(fā)明不久的PCR（聚合酶鏈式反應(yīng)）技術(shù)在兩年時間內(nèi)迅速完成了普瑞舍未竟的事業(yè)，成功把綠色熒光蛋白表達在線蟲體內(nèi)。

之所以我們今天能看到十分漂亮的細胞圖片，而且各種細胞結(jié)構(gòu)能夠纖毫畢現(xiàn)，綠色熒光蛋白發(fā)揮了重NKRijx/cfDzZn5Hqlqk1nsDUZAIi0ZzeoCw9adBlz4w=要作用。

如果說查爾菲接力普瑞舍開啟了新的大門，那么錢永健則無疑是讓人們看清了這扇門的背后有著多么色彩斑斕的世界。錢永健的實驗室更進一步——通過一系列基因改造，將“綠色熒光蛋白”變成了“五顏六色的熒光蛋白”。

從此，熒光蛋白從一種顏色變成可以讓人隨心所欲調(diào)配的“調(diào)色盤”，理論上只要將多種不同色彩的熒光蛋白以不同比例互相混合，就能調(diào)出成千上萬種色彩。比如，在2007年發(fā)明的一種叫作“彩虹腦”的技術(shù)，就借助這個思路，給腦中每一個神經(jīng)元都隨機染上不同的色彩，一舉讓腦中每一根神經(jīng)纖維都清晰可辨，加快了神經(jīng)科學(xué)研究的進程。

2008年，諾貝爾化學(xué)獎被授予下村修、查爾菲與錢永健3位科學(xué)家，以表彰他們在綠色熒光蛋白研究方面的貢獻。在記者招待會上，查爾菲與錢永健都對普瑞舍當(dāng)年的貢獻贊不絕口，若非當(dāng)年普瑞舍被迫中途放棄自己的研究，今天的獎?wù)轮辽俚糜兴囊话?。甚至單單考慮他已完成的工作，他也是離諾貝爾獎只有一線之隔的“第四大功臣”。然而在這獨屬于熒光蛋白的時刻，我們的普瑞舍，那個本該捧起諾貝爾獎的偉大科學(xué)家卻在開班車。

原來，普瑞舍放棄對綠色熒光蛋白的研究后，十幾年里他幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，好不容易在政府部門謀了一份差事，結(jié)果橫生枝節(jié)，又成了無業(yè)游民。最后他不得不去車行打工，當(dāng)班車司機，靠著一小時8.5美元的工資勉強為生。

好在當(dāng)錢永健聽說這樣一個大功臣居然淪落至此的時候，將其聘請到自己的實驗室繼續(xù)從事科研工作。

在今天，科技已經(jīng)越來越成為一種系統(tǒng)工程，任何突破都是無數(shù)人為之努力的結(jié)果。他們中有功成名就者，就必有功虧一簣者，雖然成敗不過在一線之間，但這背后所付出的努力與智慧未必相差太遠。因此，無論是屹立頂峰、熠熠生輝的群星，還是像普瑞舍這樣在黑暗中默默耕耘的無名英雄，他們同樣是在為人類的科技殿堂添磚加瓦，都值得我們敬仰與銘記。

（摘自科學(xué)技術(shù)文獻出版社《不可思議的科學(xué)史》）