基本內(nèi)容
基因工程之父----赫伯特·韋恩·伯耶 今天，基因工程已經(jīng)大大改變了人類生活，甚至改變了人類社會的進(jìn)程，而現(xiàn)代生物學(xué)、生物化學(xué)和遺傳學(xué)等生命科學(xué)的基礎(chǔ)領(lǐng)域在1973年也由于基因重組技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)生了根本性的變化�？梢哉f基因工程是二十世紀(jì)最重大的發(fā)明之一，而該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是由兩位被成為基因工程之父的科學(xué)家來完成，其中之一就是赫伯特·韋恩·伯耶（Herbert Wayne Boyer）博士。 1936年7月10日，伯耶出生于美國賓夕法尼亞州西部匹茲堡的一個(gè)貧窮小鎮(zhèn)上，父親是一位煤礦和鐵路工人。童年期間，伯耶對橄欖球表現(xiàn)出極大的愛好，12歲時(shí)就向往將來成為一名優(yōu)秀的橄欖球四分衛(wèi)。然而入學(xué)后伯耶的理想?yún)s發(fā)生了根本的改變，因?yàn)樗拈蠙烨蚪叹氝�是一位理科教師，非常擅長自然科學(xué)，在他的感召下伯耶逐漸對化學(xué)和物理學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣，以至于使覺得做科學(xué)實(shí)驗(yàn)和打橄欖球一樣具有吸引力。1954年，伯耶進(jìn)入到賓夕法尼亞的圣文森特學(xué)院，這是一所教會開辦的藝術(shù)學(xué)校，在這里伯耶開始了醫(yī)學(xué)預(yù)科班的學(xué)習(xí)，然而一件科學(xué)界的大事又一次改變了伯耶的選擇。1953年沃森和克里克在倫敦做出了突破性的發(fā)現(xiàn)——他們闡明了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而開創(chuàng)了分子生物學(xué)的時(shí)代，伯耶深深被這個(gè)神秘并且充滿了美感的分子所感召，以至于將自己的寵物貓命名為沃森和克里克，并且決定放棄醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)而轉(zhuǎn)向DNA，他選擇了當(dāng)時(shí)的細(xì)菌遺傳學(xué)。 1958年伯耶畢業(yè)并獲得生物學(xué)和化學(xué)學(xué)士學(xué)位，為了實(shí)現(xiàn)自己的夢想，因此又進(jìn)入到賓夕法尼亞州進(jìn)行研究生學(xué)習(xí)，專業(yè)是細(xì)菌遺傳學(xué)并于1963年獲得博士學(xué)位。伯耶隨后來到耶魯大學(xué)進(jìn)行博士后研究，這次選擇的內(nèi)容是酶學(xué)和蛋白質(zhì)化學(xué)，因?yàn)樗麑Ξ?dāng)時(shí)預(yù)測的一種重要的酶——限制酶產(chǎn)生了極大的興趣，也正是該酶使伯耶成為終身研究的一個(gè)重點(diǎn)，也正是對該酶的研究而開創(chuàng)了基因工程時(shí)代。1966年，由于政治原因，伯耶離開東海岸來到加州大學(xué)舊金山分校并成為生物化學(xué)與生物物理系的助理教授，在這里伯耶獲得了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，從而可以允許他繼續(xù)進(jìn)行限制酶方面的工作，1968年伯耶最終鎖定了大腸桿菌作為研究目標(biāo)，從中分離限制酶。在一位年輕生物化學(xué)家古德曼（HowardGoodman）的幫助下，伯耶研究小組最終分離得到了一種限制性內(nèi)切酶，根據(jù)命名原則稱為EcoRI，該酶的性質(zhì)深入研究發(fā)現(xiàn)其可以在特定位置將DNA切開，并且還可以獲得具有粘性末端的DNA片段[1]，這個(gè)性質(zhì)使伯耶意識到EcoRI可能具有更大的應(yīng)用潛力，而他與另一位科學(xué)家斯坦利·諾曼·科恩（Stanley Norman Cohen）的相識使這個(gè)想法得到了實(shí)現(xiàn)。 科恩1935年2月17日出生于美國新則西州的佩思安博伊，1956年在拉特格斯大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，1960年從賓夕法尼亞大學(xué)獲得了博士學(xué)位，隨后在紐約西奈醫(yī)院、密歇根大學(xué)醫(yī)院、馬里蘭州的國立關(guān)節(jié)炎和代謝疾病研究所和杜克大學(xué)醫(yī)院等多家單位工作，并于1967年在位于紐約布郎克斯的愛因斯坦醫(yī)學(xué)院完成了博士后研究。1968年，科恩加入到斯坦福大學(xué)，并于1975年成為教授。在斯坦福大學(xué)，科恩開始研究一種細(xì)菌內(nèi)特殊形式的DNA——質(zhì)粒，他想知道質(zhì)粒上攜帶的信息與細(xì)菌抗生素耐性之間的關(guān)系。 1972年11月，美國和日本的科學(xué)家聯(lián)合在夏威夷舉辦了一次關(guān)于細(xì)菌質(zhì)粒會議，也正是這次會議促使了伯耶和科恩的合作而開創(chuàng)了基因工程的時(shí)代，因此此次會議也被看作是一個(gè)傳奇。在會上伯耶和科恩都宣讀了自己的論文，伯耶提到自己使用限制性內(nèi)切酶將DNA在特定位置實(shí)現(xiàn)了切割，并獲得了粘性末端，而科恩則報(bào)告了自己分離獲得了攜帶對抗生素具有抗性的質(zhì)粒，并將其重新整合到大腸桿菌內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了質(zhì)粒的克隆。兩位科學(xué)家都對對方的工作充滿了興趣，因此會后又在當(dāng)?shù)氐囊患沂焓车昀^續(xù)討論科學(xué)問題，他們都意識到伯耶的酶可以為科恩的研究提供極有價(jià)值的工具，而科恩的質(zhì)粒是進(jìn)行DNA片段克隆的理想載體，互相欣賞使伯耶和科恩決定進(jìn)行合作共同完成這個(gè)目標(biāo)。四個(gè)月后兩家實(shí)驗(yàn)室正式開始了合作，不久就完成生命科學(xué)史上一個(gè)極為重大的發(fā)現(xiàn)。 伯耶和科恩的聯(lián)合小組首先將科恩提純的兩種大腸桿菌質(zhì)粒在體外使用伯耶發(fā)現(xiàn)的限制性內(nèi)切酶EcoRI實(shí)現(xiàn)了特異性切割，隨后再利用連接酶使二者形成了一個(gè)重組質(zhì)粒，然后將該質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到大腸桿菌內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)重組質(zhì)粒在宿主內(nèi)仍然可以復(fù)制和基因表達(dá)。隨后他們又發(fā)現(xiàn)當(dāng)將葡萄球菌的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到大腸桿菌后仍然可以具有復(fù)制能力，1973年二位科學(xué)家發(fā)表了他們的結(jié)果[2]，這項(xiàng)成就宣告基因工程的誕生，因?yàn)檫@是第一次人類打破物種界限實(shí)現(xiàn)了基因轉(zhuǎn)移。這個(gè)成就被沒有使他們滿足，因?yàn)榇竽c桿菌和葡萄球菌都是細(xì)菌，親緣關(guān)系較近，而是否可以將親緣關(guān)系很遠(yuǎn)的物種之間實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移是他們的下一步研究目標(biāo)。第二年，伯耶和科恩研究小組繼續(xù)合作成功將含有非洲爪蟾基因的質(zhì)粒整合到宿主菌中[3]，這個(gè)成功對其應(yīng)用具有十分重要的意義，因?yàn)樗馕吨鴮韯?dòng)物甚至人類的基因都可以在大腸桿菌中表達(dá)，因此具有超強(qiáng)繁殖能力的大腸桿菌將可以作為高等生物目的蛋白質(zhì)生產(chǎn)的“理想工廠”。 伯耶不久就敏銳的看到了自己發(fā)現(xiàn)的商業(yè)價(jià)值，因?yàn)榭梢岳昧畠r(jià)的細(xì)菌進(jìn)行藥物蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，而此時(shí)這是一位年輕并具有冒險(xiǎn)精神的投資者羅伯特·斯旺遜（Robert Swanson，1947-11-29 u20131947-11-29）的出現(xiàn)加速了基因工程的工業(yè)化進(jìn)程。1975年，當(dāng)時(shí)正受雇于硅谷的一家大資本公司年僅28歲的斯旺遜深深被伯耶發(fā)現(xiàn)所吸引，并敏銳地捕捉到了這項(xiàng)基因工程關(guān)鍵技術(shù)的商業(yè)機(jī)會，他與伯耶的深入談話使伯耶堅(jiān)定了自己的技術(shù)可以生產(chǎn)生物藥物。1976年4月7日，伯耶投資了5萬美元與斯旺遜共同組建了Genentech公司，公司名稱代表了基因工程技術(shù)（genetic engineeringtechnology），伯耶擔(dān)任副總裁。Genentech公司的建立更加促進(jìn)了基因工程的發(fā)展，在伯耶的領(lǐng)導(dǎo)下公司取得了迅猛的發(fā)展。1977年Genentech公司成功實(shí)現(xiàn)了在大腸桿菌中表達(dá)人類蛋白質(zhì)——生長激素抑制素的成就[4]，這在人類歷史上都具有里程碑意義，因?yàn)樗状螌?shí)現(xiàn)在其他物種中表達(dá)人類蛋白質(zhì)。1978年，Genentech公司又成功生產(chǎn)出人胰島素，1979年的生長素，1980年的干擾素，這些成就都使人們意識到基因工程的巨大潛力。盡管基因工程引起了部分科學(xué)家和大眾的恐慌，但1980年美國高等法院批準(zhǔn)了基因工程技術(shù)的專利，這項(xiàng)決定大大推動(dòng)了該領(lǐng)域的發(fā)展。1980年，Genentech公司上市不到1個(gè)小時(shí)，股票就從每股35美元升高到88美元，這是人類歷史上最快的股票升值之一，特別是1985年Genentech公司將第一個(gè)基因工程產(chǎn)品——人胰島素推向了市場，開始了真正服務(wù)于大眾的目的，才更加顯示出巨大的意義。在Genentech公司迅猛發(fā)展的過程中，伯耶發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用，正是在他的領(lǐng)導(dǎo)下才取得了一系列重大突破。 隨著Genentech公司的蓬勃發(fā)展，伯耶也成為了一位百萬富翁，但是卻遭到了學(xué)術(shù)界的批評，此外還遭到對新基因工程和產(chǎn)生的論理學(xué)問題質(zhì)疑人士的抨擊，許多外行和不懂就里的科學(xué)家認(rèn)為伯耶等的基因工程技術(shù)是在與上帝作對，甚至還有人相信基因工程產(chǎn)品的生產(chǎn)和買賣是一種新的奴隸制度。在這些批評的影響下，伯耶開始從公眾的視線中消失，1990年辭去副總裁職務(wù)，只是由于還持有一定量的公司股票還作為董事會的一名成員。伯耶回到了實(shí)驗(yàn)室重新開始了基礎(chǔ)方面的研究，此時(shí)重點(diǎn)在于DNA甲基化的修飾模式，與匹茲堡大學(xué)研究小組的合作使他們在分子水平上闡明了限制性內(nèi)切酶的作用機(jī)理。 1976年，伯耶成為加州大學(xué)生物化學(xué)的全職教授，這一年還成為了霍化德休斯研究所（HHMI）的研究員。由于對基因工程的卓越貢獻(xiàn)，伯耶得到了全世界科學(xué)界的認(rèn)可，并獲得了大量榮譽(yù)，包括如1977年的Mattia獎(jiǎng)，1980年的拉斯克基礎(chǔ)獎(jiǎng)，1988年的Moet Hennessy-LouisVuitton獎(jiǎng)，1996年的Lemeson-MIT獎(jiǎng)（50萬美元獎(jiǎng)金），2004年的邵逸夫獎(jiǎng)，奧爾巴尼醫(yī)學(xué)中心獎(jiǎng)（AlbanyMedical CenterPrize，該獎(jiǎng)是醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)，獎(jiǎng)金50萬美元），此外還獲得了美國科學(xué)界最高獎(jiǎng)的美國國家技術(shù)獎(jiǎng)?wù)拢?989年）和美國國家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)拢?990年），這些獎(jiǎng)項(xiàng)大多為伯耶和科恩分享。伯耶于1979年當(dāng)選為美國科學(xué)和藝術(shù)學(xué)院院士，1985年又當(dāng)選為美國科學(xué)院院士，此外還是美國微生物學(xué)會會員。1959年，伯耶與格雷斯（Grace Boyer）結(jié)婚，他們有兩個(gè)孩子。 伯耶和科恩的科學(xué)研究產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響，為基因工程打開了一閃大門，并且為基因治療和生物技術(shù)工業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，伯耶還直接參與了早期生物技術(shù)工業(yè)的發(fā)展。今天美國幾千家生物技術(shù)公司生產(chǎn)成千上萬種的基因工程藥物，其產(chǎn)值可以達(dá)到2000億美元，其產(chǎn)品包括治療糖尿病的胰島素，治療病毒感染用的干擾素，此外還有治療癌癥、心臟病等的藥物。這些巨大成就都依賴于伯耶和科恩于1973年的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，到1995年底，兩位科學(xué)家申請的專利已經(jīng)為斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)帶來了大約2700萬美元的收入。正向Lemeson-MIT獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)所評價(jià)的那樣，兩位科學(xué)家的貢獻(xiàn)不僅為我們的科學(xué)和社會發(fā)展給予了新的道路，而且還為美國人（實(shí)際上還適用于整個(gè)世界）提供了成千上萬的工作崗位�？傊涂贫鞯陌l(fā)現(xiàn)使基礎(chǔ)生物學(xué)的研究發(fā)生了根本性的改變，增加了科學(xué)家對基因結(jié)構(gòu)和功能的理解，從而為戰(zhàn)勝疾病、增加食物產(chǎn)量和保護(hù)可再生資源帶來了新的希望。例如，重組DNA技術(shù)可以用于開發(fā)更好的疫苗以克服抗生素抗性，使許多廉價(jià)蛋白質(zhì)藥品如胰島素等生產(chǎn)成為可能；通過制造新的固氮菌可減少了化學(xué)肥料的使用和農(nóng)作物產(chǎn)量的增加；基因工程還為無污染能源的實(shí)現(xiàn)提供了可能，如產(chǎn)氫的藻類，這些當(dāng)時(shí)的設(shè)想在隨后的研究大部分被證實(shí)是可行的，從而推動(dòng)了他們快速的發(fā)展。 通過上面的介紹可以看出伯耶和科恩的成就絕對值得榮獲諾貝爾獎(jiǎng)，但現(xiàn)在存在一個(gè)最大的障礙，那就是1972年開創(chuàng)體外基因重組的伯格（PaulBerg）已經(jīng)于1980年分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，而成就相關(guān)的領(lǐng)域較難再次榮獲這項(xiàng)最高榮譽(yù)。但伯格僅實(shí)現(xiàn)了體外基因重組，而伯耶和科恩則進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)蛋白質(zhì)在宿主細(xì)胞中的表達(dá)，所以說意義更為巨大，因此再次頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)也尚未不可。但不管伯耶和科恩是否可以分享諾貝爾獎(jiǎng)，他們在基因工程發(fā)現(xiàn)的成就絕對改變了人類歷史的進(jìn)程，在生命科學(xué)史甚至整個(gè)人類歷史上都具有里程碑的意義，因此值得生命科學(xué)領(lǐng)域人士的了解和紀(jì)念。
