阿达•尤纳斯: 一头冬眠的熊让我获得诺贝尔奖

01.06.2016  00:40

  编者:5月29日,以色列著名科学家、2009年诺贝尔化学奖获得者阿达•尤纳斯教授访问我校,受聘为成都大学高等研究院荣誉院长,并与我校相关领域科研者座谈。在校期间,阿达•尤纳斯教授还做客成大讲坛,与在场听众分享了一位科学家如攀登珠峰的精彩人生。本网特整理阿达•尤纳斯讲座精彩内容,以飨读者。



      “当你攀上了一座顶峰,你以为你抵达终点,却发现真正的顶峰还在遥远的前方。”——阿达·尤纳斯


好奇宝宝:两次意外验证“爆棚”好奇心


  爱因斯坦曾说过:“我并不是一个非常聪明的人,我只是比较好奇”。阿达教授也自诩是一个好奇心爆棚的人,或许这是所有科研者的共性。阿达教授回忆,自小她就对很多的事情好奇,想知道所有的事情。5岁,她好奇家里阳台的高度。她尝试用各种办法测量从地板到天花板的距离,用家具堆砌,然后够到天花板,然而实验结果却是她从顶上摔了下来,还摔断了胳膊,第一次为自己的好奇之心买了一份大单;7岁,小阿达有了新的关注点,她开始对颗粒和油汽分子、水分子的转移速度充满好奇,便偷偷在阳台上做试验。可是,父亲对她的“大计划”毫不知情,由于在阳台上抽烟,引发了一场大火。

 

晶体:三十年坚持揭开谜底


  走上研究之路,阿达教授一开始研究基因的合成和表达——在人体内有大约两万五千种蛋白质,而蛋白质是由20种不同氨基酸构成,承担不一样的功能,细胞数量也巨大,而蛋白质里氨基酸的序列既决定了蛋白质的结构,同时也促进其功能的完善。

 

  要读懂阿达教授的研究,必要了解清楚这样一个逻辑。“蛋白质通过核糖体产生。假如核糖体是一座人类工厂,往其中投入原料(氨基酸)、核酸,便能生产出成品—蛋白质。”研究蛋白质合成是阿达教授几十年来的追求,她想弄明白蛋白质是怎么工作的?核酸如何变成蛋白质?蛋白质怎样被合成?从核糖体这个角度研究,开创结构生物学研究领域。从1960年代末开始,到本世纪初正式完成,整整三十年的时间,她终于揭开了这个科学家皆为之苦苦求索的谜底。

   

  2006年阿达教授与乔治·费埃尔因为在“核糖体蛋白质合成,光合作用的光反应”领域中获得突出成就,获颁沃尔夫化学奖。2008年,阿达教授获得联合国教科文组织颁发的“世界杰出女科学家成就奖”,专业研究方向为晶体学。当时世界上觉得核糖体不可能长出晶体,而阿达教授却将这一科学难题变为现实。

 

幸运:邂逅一头冬眠的熊


  一次骑自行车不慎发生意外,阿达教授把自己送进了医院。如今再看这次事故,这次并不太幸运的经历却悄然酝酿了一个世界级的“邂逅”。原来,在住院期间,她无意中看到了一则关于熊冬眠的报道。原来,熊在冬眠时身体内的核糖体会自动变为有序排列,而非细胞内就会杂乱无章地排列。所谓晶体,就是分子或是复合物的有序排列,当时全世界的科学家都想要实现这些核糖体有序的排列,却一直没能够做到。冬眠的熊体内有序核糖体的发现,为阿达教授的研究找到了突破口。她想,或许可以从“冬眠的熊”中获得灵感,即想办法让核糖体有序排列,从而找出有序的晶体。


  为什么熊在冬眠时要将它体内的核糖体进行有序的排列呢?她推测,在春天时核糖体需要被立即调动出来使用,能够及时合成蛋白质,让熊能够很快恢复生命状态。而如果熊体内的核糖体被很快地降解,则身体各项机能无法及时恢复。那么既然熊身上核糖体的有序排列是在外界特殊条件刺激下形成的,那其他生物是否也是如此?


 


研究之路:一山还望一山高


  阿达教授由此联想到在极端生存环境下以微生物为主的生物,有些生物能在高温、高盐和放射性环境中生长,那么它们的核糖体是否还能有序排列?在死海这样高盐度的环境中生存有众多活跃的微生物,它们又有怎样的特性?阿达教授和她的小伙伴们一起用死海中的微生物作为样本,进行大量培养,并把其中的核糖体分离出来。经过六年的实验,终于长出了25种不同的晶体,而且她还发现晶体的纯度越高,排列更有序,结构就越清晰。 


  但很遗憾的是,她们只得到了一张图。因为晶体在X光的照射下,会自己降解。第二张图,因X光的照射,仅一秒钟后分子受损,晶体无法再使用。只得到了晶体,却没能阐释清楚晶体的内部结构,研究依旧长路漫漫。 


  阿达教授这样形容自己的研究生涯:这样的经历像极了攀登世界的峰极——登喜马拉雅山,当登山队员从山脚下出发时以为面前的山顶即是珠峰,然而费劲周折到达所谓的“山顶”时,却发现真正的珠峰还在更高更远的地方。中国俗语有云“一山还有一山高”,也指这个意思吧。在这样的时刻,阿达教授的团队面临两种选择:一放弃项目,终止研究,毕竟晶体实在太不稳定。二继续研究下去。最终阿达教授选择了继续,并对晶体进行进一步的分析:晶体为何会不稳定,以及在X光的照射下蛋白质为何会被分解?


  阿达教授长时间的埋头研究发现,在X光的照射下,晶体分子的化学键会受损断裂,导致在结构分析环节研究停滞不前。阿达教授研究后得出结论:化学键的损伤是可以传递的,一股化学键断裂后产生的多余的电子会在整个晶体中产生扩散效应,影响整个晶体的结构。目前,从逻辑的分析上看,她们应该放弃这项研究。



伟大:在别人说NO的时候坚持


  阿达教授选择坚持完成这项实验。实验在斯坦福大学进行,在零下200度的温度,阿达教授和团队成员创造条件来做这项实验,以期得到晶体的结构。这项实验是在星期五的早晨开始的,实验过程很漫长,当天晚上,阿达教授得到了第一张衍射图片,这其后每隔几分钟收集一次衍射图片。对比发现,这些衍射图片几乎没有变化,一项震惊世界的科学成果就此诞生了!


  在他们设计这项实验时,世界上几乎没有人相信这项实验会成功。即使是到了实验行将结束前,仍有从世界各地打来的电话问:“真的可以这样吗?实验还顺利吗?结果怎么样?这样是可以的吗?


  以前的日子从来没有这么多人打电话给她。70年代,通讯很不发达,这些科学家们是怎样得知的呢?原来在斯坦福大学实验室大楼的对面,有相近学科的教授、系主任们通过望远镜“监看”得知。在镜头传送的画面里,他们看见阿达教授从开始时拉着长长的脸逐渐变成一张笑脸,甚至变得兴奋的时候,他们得知实验成功了,并将这一个伟大的消息传至世界各地。


  1987年,阿达教授掌握了这项技术来做大分子实验前,几乎没有多少分子结构被测定,而目前已有超过10万个蛋白质分子被测定出来,这项研究成果对结构生物学、对药物设计具有革命性的意义。在大分子结构的测定过程中,研究者无一例外的都使用了阿达教授等人的试验方法。


生活:孙女的神奇奶奶


  哪怕是享誉世界的科学家,获得各种世界顶级的奖励,但阿达教授对孙女颁给她的“最佳奶奶奖”尤为重视。她把孙女送给她的这个奖装裱起来,挂在家里。“我最幸福的时刻就是和家人在一起,他们十分重视我的工作,给了我快乐也给了做事情做好的动力。”在孙女的手绘漫画中,外祖母的头发被画成核糖体结构。她享受天伦之乐。


 (整理/旻旻 张珂菁 覃珊珊 姜楠   编辑/闵秀玲)