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那个发明PCR、能让DNA成亿倍“放大”的好玩科学家去世了

2019-10-08 03:01

  2019年8月7日,诺贝尔奖得主卡里·穆利斯(Kary Mullis)因为肺炎去世,享年74岁。1993年,他因开发了聚合酶链式反应法(PCR)获诺贝尔化学奖。这一发现不仅使警方能够更好的利用DNA证据来对付罪犯,还激发了电影《侏罗纪公园》中利用化石DNA克隆恐龙的灵感。如今PCR已成为生物化学和分子生物学的一项核心技术,《纽约时报》如此评价:“具有高度原创性和重大意义,几乎将生物学分为PCR前和PCR后两个时代。”

  1944年12月28日,穆利斯出生于北卡罗来纳州勒诺瓦。7岁那年他得到了一套化学组合玩具作为圣诞礼物,于是他有样学样地将铝粉、硝酸钾与少许其他物质混合在一起,并在酒精灯上加热。很快,混合物变得又红又热,最终胀破试管,喷了出来,而7岁的穆利斯却毫不惧怕,反而更兴奋了,他在回忆录里写到:“那时候我当然不知道发生了什么事情,但从此我就认定科学充满了乐趣。”

  等上了高中,穆利斯和所有精力过盛的小伙子一样,更不安分了。不过,别的熊孩子最多就是在院子里放个大烟花,而穆利斯竟试图在自家后院制造火箭——他还真把火箭燃料搞成了,万幸没出事故,所以毫发无伤的上了佐治亚理工大学。香港持码王免费资料▲市民在井冈山路站排队进站。,1973年,他又获得加利福尼亚大学生物化学博士学位。谁都以为他应该开始科研生涯了,但穆利斯竟在此时离开了科学领域,去干嘛呢?写小说。

  穆利斯的小说没什么水花,虽然这段时间他的确锻炼出了不错的文笔,但不久以后他再次转行——这回,他开了一家面包店。这位本该在实验室工作的博士竟然开始在后厨忙活,估计差一点就要上《致富经》了,他的这种任性连朋友托马斯·怀特(Thomas White)都看不下去了,后者不忍心看穆利斯浪费自己的才能,几番劝说,终于把这个不走寻常路的朋友及时拉回科研界。穆利斯后来在怀特的引荐下来到加州的Cetus生物技术公司,成了一名DNA化学家。也就是在那,他做出了改变世界的发明。

  众所周知,DNA作为一种最重要的生命基础分子,包含大量的信息,是建构细胞内其他化合物的最终源头,是生物独一无二的身份密码,人们可以用这个特性进行身份鉴定、考古探测、刑事侦查等等工作。可如果DNA片段太少,人们就无法获得太多信息,需要对DNA进行“扩增”。

  怎么做?业内一直用霍拉纳博士的办法,先把DNA扩增一倍,然后对扩增后的DNA进行热处理,以拆开DNA的双螺旋链;由于热处理后DNA聚合酶会失去活性,此时还要添加新的酶,然后重复之前步骤,这样可使DNA再扩增1倍。

  许多年来,大家都用这个麻烦又效率低的老办法。穆利斯一开始也是凑合着用,但他在工作中遇到只有微量DNA的情况实在太多了,他不胜其烦,每天都在想,有没有一种又方便,又能快速扩增DNA的办法呢?

  穆利斯为此着迷,甚至在和女朋友约会时也在思考。他想设计一个短的DNA合成片段,让它去识别一个特定序列,然后启动一个让该序列不断自我复制的程序。1983年的一天,他载着女友开车的时候,忽然灵光一闪:为什么不先固定所需的DNA序列,然后用DNA聚合酶来复制它呢?他两天没睡,一直在改进自己的思路,回到实验室做了许多次实验,最终确定了一种新的方法。

  穆利斯的电脑里有一个文件夹,专门用来记录他的奇思妙想,这一天,一个新文件夹出现在桌面上,它被命名为“聚合酶链式反应”,这就是后来大名鼎鼎的PCR技术。

  聚合酶链锁反应简图。看不懂没关系,下面有动图。丨Enzoclop/Wikipedia

  这些成分被加热,导致模板DNA分裂成两股。然后将混合物冷却,使引物附着在模板链上的互补位点上。接着,聚合酶可以通过添加核苷酸开始复制模板链,产生两个双链DNA分子。

  重复这个周期,就能1变2,2变4,4变8……指数倍地增加DNA的数量——如果每个周期只有两分钟,一小时内周期就能重复三十次,而这就能产生超过10亿个原始DNA序列的副本。

  聚合酶链锁反应的第一个循环:两个引物分别与待复制DNA的两个链上的特定序列结合,然后DNA聚合酶开始分别地复制丨gifcat

  在那段忙碌的时间里,穆利斯的女朋友最终和他分手了,不过,情场失意事业得意——他后来获得了诺贝尔奖。

  其实在刚刚研究出PCR技术之后,穆利斯就预感自己会获奖。不过喜讯直到1993年才传来。接到获奖电话后,穆利斯做的第一件事是——出去冲浪。于是“冲浪者获得诺贝尔奖”成了那天的头条新闻。

  穆利斯思维天马行空,爱开玩笑,总是做出惊人之举,就算在诺贝尔奖晚宴上也不收敛——晚宴上他见到国王与王后,听闻他们16岁的女儿性格叛逆,同样为人父的他开起了玩笑:“她是一个16岁的公主,我相信她以后会健康成长。我儿子与她年龄相当,我甚至愿意替我儿子向公主求婚——只要你们愿意把王国的三分之一都给我。”

  穆利斯发明的PCR技术有着极其广泛的应用。在医学诊断中,该技术使直接从很小的遗传物质样本中识别细菌或病毒感染的病原体成为可能;它还被用于筛查镰状细胞性贫血和亨廷顿舞蹈症等遗传病患者;进化生物学家可利用该技术研究从远古物种化石残骸中提取出微量DNA,法医学家则利用PCR技术从犯罪现场遗留的血迹、精液或发丝中识别犯罪嫌疑人或受害者。

  如今这项技术变得更加廉价,更加自动化。这彻底改变了生物化学、分子生物学、遗传学、医学和法医学等各个领域,并最终使人类基因组图谱得以绘制出来。

  在获得诺贝尔奖之后,穆利斯曾对《纽约时报》说,“我或多或少地受到了自己的欲望的支配,而不是别人的想法。我不认为现在我需要做一些更大更好的事情。”

  穆利斯精明,尖锐,总是惊人地坦诚,经常发表一些令人大跌眼镜的言论。他在1998年出版的自传《心灵裸舞》(Dancing Naked in the Mind Field)中提出了许多打破人们对科学家印象的观点,比如:他不同意支持气候变化的科学证据,也不同意艾滋病毒导致艾滋病的证据,他还表达了自己对占星术的信仰。

  穆利斯的才智和他古怪的天性一样闻名,他的种种出格行为,就像动画Rick and Morty中那个天才又古怪的Rick姥爷,直率、怪异、知识丰富、无所顾忌,满嘴奇思妙想的胡话,讲述的故事引人人胜、富有洞察力。他为人充满争议,有多少人喜欢他,也就有多少人讨厌他,但谁也无法否认他做出的巨大贡献。

  穆利斯的去世是科学界的一个损失,但他洒脱随性,兴致盎然地度过了丰富有趣的人生。这不能不说是一种完满。就像他在自传中写的那样:

  “人类应该做的就是为生命的存在感到幸运……坐下来喝杯啤酒,放松。这就是为什么在真正学会享受生活之前,人们不得不一次又一次地回到起点的原因。

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