作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2024/3/28 10:33:35
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基因研究硕果累累,这个实验室走出8位诺奖得主

 

冷泉港是美国纽约州萨福克县的一处村镇,因流经该地区的天然冷水泉而得名,起初因捕鲸业而发达。随着随后几十年捕鲸船数量减少以及享誉全球的冷泉港实验室成立,该地区“重生”为人类科学事业的高地之一。

冷泉港实验室诞生于1890年,是一家非营利性私人科学研究与教育中心。从20世纪40年代起,这里走出了8位诺贝尔奖得主,孕育并推动了分子生物学的诞生和发展,名列世界影响最大的十大研究学院榜首。

分子遗传学的发端

在近代遗传学发展史上,有两项研究成果被公认为是20世纪最重要发现:一项是著名的“DNA双螺旋结构”,另一项则是公众并不熟知的“跳跃基因”。而作出这两项发现的科学家均来自冷泉港实验室。

1953年,年仅25岁的美国科学家詹姆斯·沃森和来自英国的科学家弗朗西斯·克里克首次提出DNA双螺旋结构模型,引发了生物学研究的重大革命。此模型的建立被广泛认为是当代分子生物学的肇始,并对药物生产、作物品种改良、疾病治疗等方面产生了深刻影响。每年,冷泉港实验室都吸引了分子生物学大批菁英来此进行研究、切磋和讨论,推动分子遗传学科学进一步发展。与此同时,冷泉港实验室每年都会颁发双螺旋奖章,以表彰为人类健康事业作出杰出贡献的个人。

在冷泉港实验室,杂交活力的发现为现代农业奠定了基础。20世纪40年代,美国遗传学家巴巴拉·麦克林托克在玉米杂交实验中发现,使籽粒着色的基因在某一代“延续”或“中断”,又在另一代的染色体上重新出现,科学界把这种基因称之为“跳跃基因”。这一发现为研究遗传信息的表达与调控、基因进化与癌变等找到了重要突破口。

癌症研究领域的前沿

20世纪20年代初,冷泉港实验室研究人员在了解癌症方面迈出了第一步。1919年,克拉伦斯·利特尔在小鼠实验中发现,某些个体比其他个体更容易患癌症。这是遗传因素与癌症致病有关的最早证据之一。1928年,卡尔顿·麦克道威尔培育出高发白血病小鼠,推动了癌症发展过程研究。

1971年,美国通过了“国家癌症法案”,标志着“对癌症的战争”开始。大量资金流入癌症研究领域,次年,冷泉港实验室就获得了政府的第一笔抗癌研究资金。时任实验室主任的詹姆斯·沃森也致力于将该实验室打造成顶级癌症研究机构。1982年,实验室的迈克尔·威格勒与另外两名科学家共同在人类膀胱癌细胞中发现了第一个人类肿瘤基因,即H-RAS,成为癌症研究中一个关键里程碑。

20世纪80年代,冷泉港实验室科学家揭示了癌症基因编码的突变蛋白如何导致人类细胞生长失控。例如,厄尔·鲁雷发现,一些癌症只有在多个基因发生突变后才会开始。埃德·哈洛发现了癌基因的激活和抑癌基因的失活均可导致癌症发展。1987年,冷泉港实验室被指定为美国国家癌症研究所癌症研究中心,这为癌症项目带来了长期支持,确保了该实验室在癌症研究领域的世界前沿地位。

自1994年以来,生物化学家和癌症生物学家布鲁斯·斯蒂尔曼担任实验室主任,主持了实验室的大规模扩张工作。随着2009年冷泉港山边学习园区6座连在一起的实验楼建成,冷泉港实验室增加了急需的新的癌症和神经科学研究实验室,以及新的定量生物学方案,为数学、物理学、生物学、计算机科学和统计学专家提供了空间。

基因研究硕果累累

在1986年的一次会议上,科学家在冷泉港实验室首次讨论了基因组测序计划。1987年,詹姆斯·沃森呼吁投入30亿美元,开展为期15年的人类基因组计划。1990年10月1日,经国会批准,美国“人类基因组计划”正式启动。

冷泉港实验室的基因研究硕果累累。20世纪70年代早期,理察·罗伯茨与菲利普·夏普的团队发现了断裂基因;80年代末期和90年代,卡罗尔·格雷德研究发现了端粒酶,揭示了染色体末端复制的机理;这里还诞生了多个有关基因测序的“第一次”:第一次检测到可导致自闭症的自发突变、第一次对植物基因组进行测序等。

冷泉港实验室同时也承担教育功能的学习中心,一直致力于生物学家的培养。尤其是1988年创建的DNA学习中心,每年吸引着全球数百万学生和教师在这里开展实验,加深对基因组的了解。此外,冷泉港实验室还建立了大规模基因库,帮助人们研究与遗传相关的疾病。

纵观冷泉港实验室的历史,其通过在癌症、植物生物学、神经科学和定量生物学方面的发现,帮助塑造了现代科学。实验室总裁兼首席执行官布鲁斯·斯蒂尔曼表示,未来几年,冷泉港实验室研究人员将扩展他们开发的卓越基础设施,利用分子和细胞技术作出更多发现。

(原题:生命科学的种子从这里萌芽)

 
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