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第21章 人体生命之谜(3)

癌细胞只会发出噪声,它们演奏的是一首气氛紧张的乐曲。因而科学家们设想:可以研制一种人造“耳”,通过识别细胞的“歌声”来诊断癌症等疾病。这种人造“耳”必须小巧玲珑,专门用于聆听细胞歌唱。只要将它们注射到人体血管中,人造“耳”就能像微型听诊器那样,密切注视人体的新陈代谢,寻找和发现病变细胞。由此可能会出现一种独一无二的疾病诊断法,人类与疾病斗争的史册也将揭开崭新的一页。

人工单性生殖

1918年,美籍德国人勒布用简单的化学刺激代替精子,引起了海胆卵的发育,从而发现了人工单性生殖。

人工单性生殖,亦称人工孤雌生殖、人工单性发生。对有性生殖的动植物的卵给予人工刺激,在没有精子的条件下,也能使之在发育上产生一定的变化,这被称为人工单性生殖。

把蚕的未受精卵接触硫酸或用刷毛擦触,可引起其发生早期的变化,这是19世纪以来为人们所熟知的;但从20世纪初开始趋向于用海胆和蛙卵作实验材料,研究有了很大的进展。科学家勒布把海胆用酪酸和高渗海水处理,成功地获得了幼体和成体。

在今天,对棘皮动物、环节动物、软体动物、鱼类等进行了广泛的实验,就连像家兔那样的高等动物也在一定程度上获得了成功。这种方法虽可分为化学的和物理的两大类,但因动物种类不一样,分别有不同的适用方法。例如对海胆,除用酪酸以外,还可以用尿素、皂碱、合成洗剂、酚等刺激未受精卵,进而再用高渗海水进行处理。经过这样处理的卵,能产生与受精卵相同的受精膜,然后开始卵裂。这些研究既有助于说明受精现象,同时也对遗传学有所贡献。在植物方面同样的研究虽然很少,但对褐藻类的墨角藻等应用与海胆同样的处理方法,也会得到分裂的例子。

肝脏抽出液可治恶性贫血

1924年,美国医生迈诺特发现贫血病的肝脏疗法。从那以后,曾经让医学界束手无策的恶性贫血病就成为了一种可治之病。

迈诺特1885年生于马萨诸塞州波士顿,是哈佛大学的学生,1912年取得医学学位,一度在约翰斯·霍普金斯大学工作,后于1915年又回到波士顿,像他祖父、父亲和叔叔一样在马萨诸塞州总医院和彼得·本特·布里格姆医院工作。

迈诺特对研究血液病特别是恶性贫血非常感兴趣。人一旦患病,红细胞数目呈进行性下降,常能危及生命。早在20世纪20年代初期,惠普尔曾报道过食物中的肝脏可以显着提高贫血病人红细胞数量的许多试验(尽管未涉及到恶性贫血),这些报道对迈诺特有很大的启发。

迈诺特已确定恶性贫血是由于缺乏维生素引起的营养缺乏病,因为这种病常伴有胃液中盐酸的缺少。由于消化功能减退,导致某种维生素的吸收量低于正常,但这并不影响在贫血病人的食谱中添加肝脏,因为肝脏中含有丰富的维生素。

1924年迈诺特与其助手墨菲开始对恶性贫血病人进行肝脏疗法,到1926年共观察了45例,取得了惊人的疗效。从那以后,恶性贫血病就成为了一种可治之症,迈诺特也因此获得了1934年诺贝尔生理学或医学奖。

DNA的双螺旋结构

1953年,英国科学家克里克与美国科学家沃森共同发现了DNA的双螺旋结构。

20世纪40年代末和50年代初,在DNA被确认为遗传物质之后,生物学家们不得不面临着一个难题:DNA应该有什么样的结构,才能担当遗传的重任?

因为它必须能够携带遗传信息,能够自我复制并传递遗传信息,能够让遗传信息得到表达以控制细胞活动,并且能够突变并保留突变。这四点,缺一不可,那么,如何建构一个DNA分子模型解释这一切呢?

当时主要有三个实验室几乎同时在研究DNA的分子模型。

第一个实验室是伦敦国王学院的威尔金斯、富兰克林实验室,他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。当X射线照射到生物大分子的晶体时,晶格中的原子或分子会使射线发生偏转,根据得到的衍射图像,可以推测分子大致的结构和形状。

第二个实验室是加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林的实验室。在此之前,鲍林已发现了蛋白质的琢-螺旋结构。

第三个则是个非正式的研究小组,事实上他们可以说是不务正业。23岁的年轻的遗传学家沃森于1951年从美国到剑桥大学做博士后时,虽然其真实意图是要研究DNA分子结构,挂的课题项目却是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克里克当时正在做博士论文,论文题目是《多肽和蛋白质:X射线研究》。

二人一见如故,沃森说服与他分享同一个办公室的克里克一起研究DNA分子模型,他需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识。

沃森和克里克虽然性格相左,但在事业上志同道合。沃森生物学基础扎实,训练有素;克里克则凭借物理学优势,又不受传统生物学观念束缚,常以一种全新的视角思考问题。他们二人优势互补,并善于吸收和借鉴当时也在研究DNA分子结构的鲍林、威尔金斯和富兰克林等人的成果。他们俩利用获得的X射线衍射实验的结果建构了DNA的双螺旋模型,而且,克里克以其深邃的科学洞察力,不顾沃森的犹豫态度,坚持在他们合作的第一篇论文中加上“DNA的特定配对原则,立即使人联想到遗传物质可能有的复制机制”这句话。他们不仅发现了DNA的分子结构,而且从结构与功能的角度作出了解释。二人于1953年4月在《自然》科学杂志上将他们的成果公之于众,立即引起全世界科学家的兴趣。

自从DNA的双螺旋结构发现后,还有许多问题需要解决。例如:DNA如何控制蛋白质的合成?克里克和其他科学家包括沃森在内继续进行研究。他们都是“RNA俱乐部”的成员,这个俱乐部的宗旨是:揭开RNA结构之谜,并且能够明白它是如何建造蛋白质的。他们把注意力集中在“中心法则”问题上。遵循这个法则,DNA是遗传信息的载体,RNA起着桥梁的作用,它可以把遗传信息从细胞核中传至制造蛋白质的细胞质中。这个理论中的RNA的译码问题一直处于讨论和研究之中,直到1961年克里克和悉尼·不雷诺提供了“三联体”密码在解读遗传物质方面的作用的有关遗传证据后,译码问题终于得到了解决。

在克里克工作的大部分时间里,他一直在剑桥大学为“医学研究委员会”

工作。1976年克里克前往美国任加州沙克研究所教授,进行神经生物学研究。

1988年他在《疯狂的探索》一书中写下了自己的亲身经历。

DNA双螺旋结构的提出,被誉为人类有史以来最伟大的发现之一,开启了分子生物学时代。分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,“生命之谜”被解开了,人们清楚地了解了遗传信息的构成和传递的途径。在以后的近50年里,分子遗传学、分子免疫学、细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明,DNA重组技术更是为利用生物工程手段进行研究和应用开辟了广阔的前景。

1962年,沃森与克里克协同威尔金斯共享了这一年的诺贝尔生理学或医学奖。莫里斯·威尔金斯和罗莎琳德·富兰克林提供了有关DNA结构的必要数据,沃森为此专门写了一本书《双螺旋——发现DNA结构的故事》,于1968年发表。这本书首次采用谈话的形式描述了科学发现的详细过程,一直畅销不衰。

维生素A的视觉作用

1967年的诺贝尔生理学或医学奖分别授给了美国的哈特兰、沃尔德和瑞典的格拉尼特,以褒奖他们发现了维生素A的视觉作用、眼睛的化学和生理视觉过程。

哈特兰1903年生于美国宾夕法尼亚州布卢姆斯堡,1923年毕业于宾夕法尼亚州伊斯顿的拉斐德学院,1927年获约翰·霍普金斯大学医学博士。他曾多次出国,先后在美国国内几所学校任教,后于1953年到纽约洛克菲勒大学任教。

他早年致力于神经细胞代谢的研究,后来逐渐专门研究视网膜中独特细胞的作用。像格拉尼特一样,他也打算研究视网膜细胞的各种作用。为此目的,他使用微型电极,并设法把青蛙眼睛中的独特纤维分离出来加以研究。从此视觉的精巧作用开始得到阐明。

沃尔德1906年生于美国纽约。1927年毕业于纽约大学,1932年在哥伦比亚大学获得哲学博士学位。1934年在哈佛大学任教,此后就一直留在那里。他的主要兴趣在视觉机能的化学过程方面,在暗淡的光线中起作用的视网膜杆状体内含有一种色素(视紫,或视紫红质),沃尔德证实这种色素是由一种蛋白质(视蛋白)与一种叫做视醛的化合物组合而成的。视醛与维生素A的结构非常相似,它是由体内维生素A转化而成的。当光线射到视紫红质上时,蛋白质与视醛分离,它们在黑暗中重新结合。在20多年的时间里,沃尔德和他的小组精确地观察了这些变化的详细过程。明和暗变化的过程中,有些视醛不可逆地发生了变化而逐渐消失,比较稳定的维生素A则生成更多的视醛。当食物中长期缺乏维生素A而体内贮存的这种化合物已经消耗尽时,就无法生成另外的视醛,杆状体将丧失功能,眼睛对暗淡的光线就没有反应。由于这些原因,缺乏维生素A的特征之一(虽然不是唯一的)是夜盲症。

格拉尼特1900年出生于芬兰赫尔辛基,1940年之后,由于苏联的入侵,格拉尼特前往瑞典的斯德哥尔摩,并成为保有芬兰国籍的瑞典公民。他在学医时就认为在他从事业开始时就进行的视觉研究中,生理学比心理学将提供一个更好的开端。1927年12月他得到了医学博士学位,1929年成为生理学“讲师”。从1920年到1947年,格兰尼特主要研究视觉方面的工作,在20世纪20年代以心理物理学方法开始,从20世纪30年代早期起以电生理工作结束。他之后进行了肌肉传入特别是肌梭神经及其运动控制方面的工作,以后转至脊髓,研究肌肉传入神经的投射并区分开紧张性和时相性运动神经元,确定了在这些细胞上兴奋和抑制的代数总和,最后同样用细胞内途径研究这些和一些其他运动控制的问题。1965年他创始了国际诺贝尔专题讨论,并且是诺贝尔专题讨论会肌肉传入和运动控制讨论的主席和编辑。

单克隆抗体的研制

1975年,阿根廷免疫学家米尔斯坦和他的同事——德国科学家克勒研制出了有“生物导弹”之称的单克隆抗体,两人因此获得了1984年诺贝尔生理学或医学奖。

人类在与病魔作斗争的漫长历程中,取得了许多辉煌的成就,并挽救了千百万人的生命。但是,至今仍然有千百万人因身患癌症、红斑狼疮或艾滋病而遭到病痛的折磨,痛苦地挣扎在死亡线上。科学家以造福人类为天职,辛勤地寻觅,研制特效的药剂,以根除病人的病痛,挽救生命。

众所周知,抗体是免疫系统的产物,动物受抗原刺激后,可产生相应的抗体去识别抗原并与之结合,最终将抗原消除,这一职能是由B淋巴细胞行使的。

但是,机体内有成千上万个不同的B淋巴细胞,每一个B淋巴细胞只能产生对付专一抗原的一种特定抗体,过去人们从血清中提取的抗体是由好多B淋巴细胞产生的多种抗体的混合物,成分复杂,也不容易大量生产。若将其在体外培养,一个B淋巴细胞的分裂又是有限的,就是说利用一个B淋巴细胞获取大量纯一的抗体是不可能的。为了满足理论医学的研究和临床实践的应用,多年来科学家们致力于寻求一种制备大量纯一抗体的技术。

早在20世纪30年代,从事动物组织培养的科学家发现,培养的动物细胞一旦感染上某种病毒之后,该种细胞就会产生一种物质干扰其他细胞再度感染,这种物质由此得名干扰素。干扰素具有种族特异性,如鸡细胞产生的干扰素不能干扰病毒感染鸭细胞,如果想得到干扰病毒感染人体细胞的干扰素,就需要用人的细胞来制备。但人的白细胞资源并不充足,要想靠白细胞生产干扰素而用于临床,实在很难办到。那么,能否人工培养白细胞呢?此路也是不通,因为白细胞在人工培养条件下不能分裂增殖,所以,通过细胞培养人干扰素的努力失败了。但是,失败经常孕育着成功,培养白细胞生产人干扰素的失败却换来了“生物导弹”的诞生。

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