諾獎(jiǎng)得主保羅·伯格：他發(fā)明了革命性的重組DNA技術(shù)，卻主動(dòng)要求約束它的使用
2023/03/14
導(dǎo)讀
——保羅·伯格之子 約翰·伯格
保羅·伯格教授。圖片來源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
2023年2月15日，在斯坦福大學(xué)校園的家中，保羅·伯格（Paul Berg）教授在家人的陪伴下安然離去，享年96歲。他是斯坦福大學(xué)的生物化學(xué)教授，因其開創(chuàng)性的工作——?jiǎng)?chuàng)造了第一個(gè)重組DNA分子獲得了1980年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這項(xiàng)工作打開了基因工程領(lǐng)域的大門，為基因研究開辟了新的道路，并因此誕生了許多挽救生命的藥物。人們尊稱保羅教授為“基因工程之父”。
事實(shí)上，拋開諾獎(jiǎng)得主的光環(huán)，保羅教授作為一名科學(xué)家的高尚人格同樣令人肅然起敬。
盡管索菲老師的本職工作只是看管提供化學(xué)、物理和生物課程的庫房，但她對年輕人非常親切，并愿意為對科學(xué)感興趣的孩子盡可能地提供幫助。不僅如此，她還組織了一個(gè)課后的科學(xué)俱樂部，以激發(fā)學(xué)生們的好奇心和創(chuàng)造力。在這個(gè)小小的俱樂部中，保羅開啟了他最初的“探索”生涯。
通常，索菲老師并不會(huì)直接回答學(xué)生提出的問題，而是讓他們自己通過各種方式尋找答案，這經(jīng)常會(huì)使一個(gè)小問題擴(kuò)展成一個(gè)小型的研究項(xiàng)目。這種通過實(shí)驗(yàn)解決問題所帶來的滿足感是一種非常令人陶醉的體驗(yàn)，這種快樂幾乎令保羅上癮。
這些小“課題”為保羅培養(yǎng)了好奇心和尋求解決方案的本能，這可能是索菲老師給保羅帶來的一生中最寶貴的財(cái)富。后來，在保羅教授的自傳中他表示：“隨著時(shí)間的流逝，我學(xué)到的許多事實(shí)都被遺忘了，但我從未失去對探索的興奮?！?/span>
在那里，他成為了最早在體外證明葉酸和維生素B12輔因子參與了C1代謝過程的人之一。臨近畢業(yè)時(shí)，他曾考慮過加入醫(yī)藥行業(yè)，但探索科學(xué)的快樂使他最終選擇了成為一名純粹的“科研人”。于是，在獲得博士學(xué)位后，保羅選擇在哥本哈根的細(xì)胞生理學(xué)研究所和圣路易斯的華盛頓大學(xué)做博士后工作，專注于研究酶，并成為了根據(jù)DNA和RNA分子上攜帶的密碼破譯蛋白質(zhì)生物合成領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。
在圣路易斯工作了6年后，也就是1959年，保羅教授隨著阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）教授搬到了斯坦福大學(xué)的醫(yī)學(xué)中心，并幫助他建立了新的生物化學(xué)系。當(dāng)初，就是阿瑟教授把畢業(yè)不久的保羅招募到華盛頓大學(xué)的，這位有眼光的科學(xué)家在1959年也因發(fā)現(xiàn)了DNA和RNA生物合成的機(jī)制獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
保羅·伯格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖片來源：Stanford University Archives
在斯坦福大學(xué)，保羅教授繼續(xù)愉快地進(jìn)行著他的科研探索。隨著時(shí)間的推移，他的研究興趣從微生物轉(zhuǎn)向了哺乳動(dòng)物的細(xì)胞。他花了大約一年時(shí)間與索爾克研究所（Salk Institute）的病毒學(xué)家雷納托·杜爾貝科（Renato Dulbecco）教授一起對一種多瘤病毒——猴空泡病毒40（SV40）進(jìn)行研究。這是一種在人類和猴子中發(fā)現(xiàn)的致瘤病毒，它的基因組是一種環(huán)形雙鏈DNA。
某天早上，保羅教授對他的一名博士后建議道，可以嘗試把SV40作為將新基因引入哺乳動(dòng)物細(xì)胞的手段——將新基因植入SV40的DNA，利用重組分子將外源DNA引入動(dòng)物細(xì)胞——就像噬菌體能在感染細(xì)胞時(shí)把DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)細(xì)胞一樣。
在保羅教授及其團(tuán)隊(duì)的努力下，這個(gè)設(shè)想被實(shí)現(xiàn)了！他們成功地開發(fā)出了一種能在體外將兩個(gè)DNA連接在一起的通用方法。這種方法使用了一種能夠在DNA的相同位置對其進(jìn)行剪切的酶（EcoRI）。他們首先對兩種環(huán)狀DNA進(jìn)行剪切，一種來自于可在大腸桿菌中繁殖的病毒，另一種來自于SV40。當(dāng)這兩種環(huán)狀DNA被剪開變?yōu)榫€性的DNA后，研究人員使用了另外兩種酶對這些線性DNA進(jìn)行修飾，使這些DNA的末端能夠相互吸引——就像魔術(shù)貼能夠互相粘上一樣。將這兩種DNA混合到一起，它們就能重組形成一個(gè)全新的環(huán)狀DNA。這種環(huán)狀DNA包含了來自兩種不同生物的基因，被稱為重組DNA（rDNA）。
保羅·伯格開創(chuàng)的制造重組DNA的過程。圖片來源：Science History Institute
重組DNA技術(shù)就此誕生！它為分析哺乳動(dòng)物的基因結(jié)構(gòu)和功能提供了主要工具，并使保羅教授獲得了1980年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
就在他想要進(jìn)一步將這種重組DNA引入大腸桿菌和動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，他意識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)打開潘多拉的魔盒。如果攜帶著實(shí)驗(yàn)室中用于制造腫瘤的全新DNA的細(xì)菌一不小心泄露出去，并四處傳播，那后果將不堪設(shè)想。保羅教授在他的科研生涯中一直表示，“科學(xué)家必須對自己的所作所為負(fù)責(zé)”。因此，作為重組DNA技術(shù)開發(fā)者的他，有責(zé)任將這項(xiàng)技術(shù)可能帶來的負(fù)面影響降至最低。
于是，在其他研究人員沉浸在新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用中時(shí)，保羅教授果斷停止了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)中的休息時(shí)間將重點(diǎn)放在操縱基因（包括人類基因）引發(fā)的更大的倫理和公共衛(wèi)生問題上。作為美國國家科學(xué)院重組DNA分子委員會(huì)主席，保羅教授在科學(xué)家和公眾關(guān)于此類研究潛在局限性的討論中發(fā)揮了極大的作用。
1973年，保羅教授與從事動(dòng)物病毒研究的科學(xué)家就如何處理危險(xiǎn)的病毒舉行了第一次小型的阿西洛馬（Asilomar）會(huì)議。兩年后，規(guī)模更大的第二次阿西洛馬會(huì)議召開了。這次會(huì)議的意義重大——此前，從未有科學(xué)家們聚集在一起為自己的研究制定法規(guī)過。
這個(gè)為期3天的會(huì)議匯集了來自世界各地大約150名頂尖的DNA研究人員，其中包括DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的共同發(fā)現(xiàn)者詹姆斯·沃森（James D. Watson）教授，只探討一個(gè)問題——重組DNA技術(shù)的安全問題。他們都想要安全地使用重組DNA技術(shù)，因此，必須制定一項(xiàng)指導(dǎo)方針來進(jìn)行約束。在這次會(huì)議上定下的工作原則隨后便被政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)采納，美國國立衛(wèi)生研究院發(fā)布了重組DNA研究的安全指南。
或許有人會(huì)認(rèn)為保羅教授過于保守的作風(fēng)會(huì)阻礙科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的速度，但了解他的人都知道，他只是一個(gè)具有高度責(zé)任感的人。在他實(shí)驗(yàn)室接受培訓(xùn)的莫奈爾化學(xué)感官中心（Monell Chemical Senses Center）的研究員羅伯特·馬戈?duì)査够≧obert Margolskee）在一封電子郵件中是這么對他進(jìn)行評價(jià)的——“才智超群、專注的洞察力、驅(qū)動(dòng)力，以及最高的道德標(biāo)準(zhǔn)”。
保羅·伯格教授接受諾獎(jiǎng)采訪。圖片來源：諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)
保羅教授在接受諾獎(jiǎng)的采訪時(shí)表示，對技術(shù)的禁止需要與時(shí)俱進(jìn)，例如對某類研究只應(yīng)該在特定的時(shí)間間隔（例如5年）內(nèi)被禁止，時(shí)間一到可以重新進(jìn)行審查，再?zèng)Q定是否能夠開展這類研究。例如體外受精技術(shù)在剛進(jìn)行研究時(shí)遭受到了民眾強(qiáng)烈的反對，人們認(rèn)為這會(huì)制造出怪物。但今天，我們認(rèn)識(shí)到了這是一項(xiàng)造福于民的好技術(shù)，它使數(shù)百萬以前不可能擁有孩子的家庭生下了完全健康的孩子。重組DNA技術(shù)也一樣，一些科學(xué)路線也許暫時(shí)應(yīng)該被禁止，但肯定不會(huì)是永遠(yuǎn)。
如保羅教授所說的，在對重組DNA技術(shù)有了更多的經(jīng)驗(yàn)后，人們發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)的危險(xiǎn)程度遠(yuǎn)低于當(dāng)初的設(shè)想，這些指導(dǎo)方針隨著時(shí)間的推移也逐漸得到了松解。
在接受諾貝爾獎(jiǎng)的采訪時(shí)，他本人表示并不太喜歡人們賦予他的“基因工程之父”的頭銜，他謙虛地說：“事實(shí)上我們只是邁出了第一步，而世界上更多聰明的科學(xué)家們都找到了使用重組DNA的新方法?！?/span>
今天，重組DNA技術(shù)成為了最重要的生物學(xué)甚至生物學(xué)以外的研究工具，因?yàn)樗鼛缀跤绊懥怂猩矬w的研究方式——植物、昆蟲或其他任何生物。而如文章開頭保羅教授之子對他的描述那樣，保羅教授并不在乎名利。為了全人類科學(xué)家能自由展開研究，他終其一生沒有為自己的任何一項(xiàng)技術(shù)申請過專利，盡管他知道這些技術(shù)可能價(jià)值上百億美元。保羅教授稱自己為科學(xué)的純粹主義者，他說在他成長的歲月里，“你研究科學(xué)是因?yàn)槟銦釔鬯！?/span>
保羅·伯格教授在2018年斯坦福醫(yī)學(xué)院的畢業(yè)典禮上發(fā)表了講話（圖片來源：參考資料[1]）
探索的喜悅激勵(lì)著保羅教授的整個(gè)職業(yè)生涯，他慷慨地花時(shí)間向無數(shù)人灌輸這種喜悅，尤其是他的學(xué)生和孩子。他常與學(xué)生保持聯(lián)系，告訴他們探索的樂趣并幫助他們獲得作為科學(xué)家的獨(dú)立性?！八涛胰绾纬蔀橐粋€(gè)更好的人，教會(huì)我寬容，并總是鼓勵(lì)我追求我熱愛的事情，”保羅教授之子約翰在一次采訪中如是說。
參考資料：
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