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基因组时代的开拓者:传奇科学家李•胡德

来源:环球医学编写    时间:2017年08月07日    点击数:    5星

他曾获得有“美国诺贝尔”之称的拉斯克基础医学研究奖,却遗憾与诺贝尔奖失之交臂,不过在另一个领域充当了开拓者的角色。他发明的全世界首台全自动DNA测序仪的原型,被认为“加速了整个生物技术领域的发展”,为他赢得了“基因组时代的开拓者”这一荣誉。他就是科学家李•胡德(Lee Hood),他的一生堪称传奇。

学生时期挑战免疫学难题 研究抗体的产生

上世纪60年代,人们对免疫学还一知半解,其中抗体是最为神秘的一环。人体如何产生数以亿计、结构迥异的抗体?没有人知道确切答案。围绕这一问题,学界主要有两个模型:一个模型认为,抗体会以抗原为模板折叠,从而调整自己的形状;另一个模型则认为,人体内有几套不同的基因,抗体由它们组合产生而来。

年轻的胡德毕业于知名的加州理工学院。大学时他就找到了自己的兴趣——研究人类健康,挑战最严峻的生物学难题。正当胡德踌躇满志时,他遇上了一生中对他影响最大的人——威廉•德雷尔(William Dreyer)。德雷尔的观点认为,多个基因的重排产生了不同的抗体,这与诺贝尔奖得主乔治•彼德尔(George Beadle)的观点背道而驰。这名支持第二个模型的科学家在1963年加入了加州理工学院,胡德是他的第一名研究生。而德雷尔给胡德的一个课题,就是研究抗体的产生。

胡德接下了这个挑战,这需要莫大的勇气。德雷尔认为他自己是对的。在小鼠内的实验显示,至少两条基因参与了一条多肽链的合成。胡德的加入使这个项目又向前推进,但学界对他们的结果依旧不是很感冒。当时,基因测序工具尚未诞生,德雷尔与胡德无法直接证明抗体的序列受到了多条基因的控制。直到胡德博士毕业,他们的理论都没有成为主流。

与诺贝尔奖失之交臂

在NIH接受了几年训练后,胡德回到自己的母校加州理工学院从事研究工作。在熟悉的校园,胡德研究起了熟悉的课题——免疫系统如何运作?在这一领域,胡德花上了将近20年的时光,做出了学界公认的重要发现。

1987年,有“美国诺贝尔”之称的拉斯克基础医学研究奖将当年的奖项颁发给了胡德、菲利普•莱德(Philip Leder)与利根川进,表彰这三驾马车在“抗体多样性的遗传基础”领域做出的卓越贡献。评审委员会认为,胡德“利用了分子生物学的手段,表明有限的遗传信息,如何产生了无穷多的抗体。他揭露了免疫系统如何优雅地重排已经存在的DNA序列,合成新的基因,生成新的抗体”。

那一年,胡德只有48岁,正是意气风发。在历史上,许多拉斯克奖得主最终都获得了诺贝尔奖。种种迹象表明,当年的诺贝尔奖也将颁发给同样的发现。包括胡德在内,几乎所有人都相信,这三名科学家将在当年10月再次共享诺贝尔奖。但遗憾的是,诺贝尔委员会将当年的生理学或医学奖只颁发给了利根川进一个人。胡德与莱德礼貌地向利根川进表示恭喜,认为他的荣誉实至名归,但谁都能看出两人的失落。

基因组时代的开拓者

虽然与诺贝尔奖失之交臂,但胡德在前一年的一项发明却为他赢得了“基因组时代的开拓者”这一荣誉。

故事回到上世纪八十年代。在当时的生物学家眼里,未来属于生命的两大基本分子——DNA和蛋白质。因此,四类仪器会在未来起到关键作用。它们分别是DNA合成仪、DNA测序仪、蛋白质合成仪以及蛋白质测序仪。在这四类仪器的诞生之路上,胡德都扮演了重要的角色。其中对后世影响最大的,莫过于全自动DNA测序仪。当时,DNA测序技术虽已问世,但却极度依赖于人工操作,而且程序复杂、耗时长久、枯燥乏味,而且容易出错。

为了解决这一难题,胡德招募了一名极有天赋的研究人员劳埃德•史密斯(Lloyd Smith)来主导这个项目。为了让DNA测序的工作自动进行,科学家们需要教会机器如何阅读DNA信号。他们想到了荧光。一番周折后,研究人员将荧光安到了DNA分子上,并且确保它们的性质没有发生变化。随后,他们不断优化这台机器,直到它能稳定工作,解读生命天书的奥秘。

这项研究发表在了1986年的《自然》杂志上。像这样纯介绍科学设备的论文,在《自然》杂志的历史上非常罕见。借鉴了这款设备中的荧光技术,具有商业应用价值的全自动DNA测序仪随后也诞生了。

可以说,胡德的发明为崭新的基因组时代带来了海量信息,让人们得以用全新的方式研究生物学。

“盖茨先生,我不干了”

1991年,胡德受邀前往位于西雅图的华盛顿大学做学术交流并进行了三场演讲。而居住在西雅图的比尔•盖茨参加了胡德的所有演讲。

比尔•盖茨对胡德的演讲内容非常满意。在包括比尔•盖茨等人的支持下的华盛顿大学随后向胡德伸出了橄榄枝,邀请他加盟。胡德提出要在华盛顿大学建立一个全新的分子生物技术系,将生物学、数学、物理学、计算机科学跨界融合到一起,带来多维的科研。为此,他需要2500万美元的资金。胡德不知道对方是否能满足他的要求。比尔•盖茨同样是一个目光远大的人。他亲自为胡德提供了1200万美元,用于院系的搭建与启动。

时间来到了二十世纪的尾声。胡德相信在新的世纪里,生物学的研究将形成一个完整的系统。它需要科学家、工程师、数学家的参与,包含多个无缝交织的生物学网络。胡德把这样一个全新领域称为“系统生物学”,目前的普遍观点认为,是胡德将这一术语发扬光大,变得家喻户晓。

然而胡德一手建立起来的分子生物技术系却不是他实现远大抱负的最佳场所。学校的繁文缛节让他不厌其烦,技术转让工作的低效也让他大为失望。新上任的医学院院长对这名明星并不感冒,屡次拒绝他提出的请求。

于是,为了更好的实现自己的抱负,自由从事自己想要做的研究,胡德辞去了以比尔•盖茨冠名的教职,决定自立门户。2000年,他与其他两名科学家一道,创立了系统生物学研究所(Institute for Systems Biology)。

78高龄 灵感之泉仍在继续

“对生命来说,两类信息是最基本的。一类是埋藏在你基因组里的信息,另一类是环境提供的信息,”胡德在一次演讲中说,“将这两者联系起来的是生物学网络,系统生物学就是理解这个生物学网络的学科。”

现在,他的一个研究方向是阿尔茨海默病。胡德想要寻找到患者体内的特定基因变异,发现疾病诞生的线索,追踪患者病情的进展,并寻找到治疗的手段。

78高龄的胡德仍在继续着他的科研之路。谈起心仪的科研项目,他精力旺盛,兴奋得像个孩子。


(环球医学编辑:常 路 )

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