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你不知道的钱学森堂侄诺贝尔化学奖得主钱永健

www.creaders.net | 2016-09-02 18:28:16  华人生活 | 0条评论 | 查看/发表评论

你不知道的钱学森堂侄诺贝尔化学奖得主钱永健

  钱永健(Roger Tsien)

  热情洋溢、足智多谋的华裔科学家、2008年诺贝尔化学奖得主钱永健(Roger Tsien),2016年8月24日在美国俄勒冈州尤金县去世,享年64岁。

  钱永健出身于美国不会讲汉语,他的父母都来自中国大陆,他的父亲是毕业于麻省理工学院的工程师,他的两个舅舅都是麻省理工学院工程学教授,他的哥哥钱永 佑也曾经在麻省理工学院学工程,后来成为著名的神经生物学家,所以钱永健曾经说:我天生就是干工程师活的。他把他对荧光蛋白的改造当成是分子工程。

  钱永健博士生前为加州大学圣迭戈分校医学院教授。加州大学圣迭戈分校校长Preadeep Khosla在本周三宣布了钱永健的死讯,他猜测钱永健是在骑自行车时去世的。

你不知道的钱学森堂侄诺贝尔化学奖得主钱永健

  《知 识分子》得到的一封邮件透露,钱永健当天独自一人骑着自行车出去的,但是一直未归,他的妻子温迪·格劳伯·钱(Wendy Globe Tsien)报警,找到他时已经去世。钱永健以前中风过,恢复后重新工作。钱永健此次单独骑车后没有回家,被找到时已经去世,很可能是再发中风。不过,更准确的死亡原因还需要确认。

  钱永健父母移民美国,他于1952年生于美国纽约,祖籍浙江杭州临安。他在8岁时开始探索化学的奥秘。1972 年,钱永健获得哈佛大学化学及物理学学士学位。获得竞争性很强的Marshall奖学金而去剑桥大学念研究生。1977年,获得英国剑桥大学生理学博士学 位。1977年-1981年,担任剑桥大学研究员。

  1982年至1989年,任加州大学伯克利分校副教授。1989年至今,任加州大学圣地亚哥分校教授。

  钱永健与日本科学家下村修(Osamu Shimomura)、美国科学家Martin Chalfie因发现和改造绿色荧光蛋白(GFP)获得了2008年的诺贝尔化学奖。绿色荧光蛋白现已成为生命科学研究一种重要的工具。

  钱永健是美国国家科学院院士、美国国家医学院院士、美国艺术与科学院院士。

  Khosla 在一则声明中有关绿色荧光蛋白的合作:下村修确认了关键的水母蛋白质,发现它在紫外光的辐射下发出明亮的绿光。Chalfie则展示了它如何可以被作为一 种生物标记使用。结合了化学和生物学的纯熟技巧,钱永健找到办法使绿色荧光蛋白发光更明亮、更持续;然后他创建了可以让科学家在同一时间跟踪不同细胞过程 的一整套方法。

  钱永健也因为对科学事实的坚持而著称。2013年,在索尔克研究所,钱永健曾在400人面前与诺奖得主沃森展开公开辩论,反对沃森关于氧化剂和抗氧化剂的说法,并表达了完全不同的观点。

  钱永健之兄钱永佑(Richard Tsie)是神经生物学家,美国科学院、医学院双院士,曾任斯坦福大学生理系主任,现为纽约大学朗格尼医学中心(NYU Langone Medical Center)神经科学研究所主任。钱永佑为神经生以研究钙离子通道及学习记忆闻名于世。

你不知道的钱学森堂侄诺贝尔化学奖得主钱永健

  钱永健和发明光遗传学的Karl Deiseroth、张峰交流。Deiseroth被认为不久会获诺奖。

  美妙的生物荧光分子与好奇的生物化学家

  饶毅

  做出应获诺贝尔奖工作的科学家,几十年默默无闻;

  被广泛应用的分子,很少人知其发现者;

  原始论文鲜为人知,后继论文倒很热门;

  曾失明的人,发现了美丽的发光蛋白;

  低调的父亲,出了高调的儿子。

  这里简介一项生物化学研究,讲一个科学家的故事,还讨论一个问题:是否活着的科学家中还有因好奇而做科学研究?

  本文和我2002年一篇文章相同,不是预测诺贝尔奖,而是介绍值得获奖的工作。我不介绍可能获奖、但其工作不值得获奖者。相反,本文的主人公可能被埋没得不到奖,但他的工作很值得介绍。

你不知道的钱学森堂侄诺贝尔化学奖得主钱永健

  2008年,华裔科学家钱永健站在诺奖领奖台上

  由於其身分,国籍问题不免得成为焦点,在诺贝尔奖记者会上,许多中国记者问钱永健:"你是中国人吗"、"会不会说中文"?钱表示不会说中文,并直说:"我是在美国出生长大的,我不是中国科学家",现场中国记者"感到遗憾"。

  生物发光和荧光蛋白

  现 在研究生物的人,几乎都知道绿色荧光蛋白(GFP),但常常不知或搞错其发现者。毫无争议的发现者是日裔美国科学家下村修(Osamu Shimomura,下村脩)和已故美国科学家约翰森(Frank H. Johnson)。他们1961到1974年发现两种发光的蛋白质:水母素(aequorin)和GFP。

  生物发光现象,下村修和约翰森之前就有人研究。萤火虫发荧光,是由荧光酶(luciferase)作为酶催化底物分子荧光素(luciferin),有化学反应如氧化,以后产生荧光。而发现蛋白质本身发光,无需底物,起源于下村修和约翰森的研究。

  下村修和约翰森用过几种实验动物,和本故事相关的是学名为Aequorea victoria的 水母。1962年,下村修和约翰森等在《细胞和比较生理学杂志》上报道,他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时,有天下班 要回家了,他把产物倒进水池里,临出门前关灯后,回头看一眼水池,结果见水池闪闪发光。因为养鱼缸的水也流到同一水池,他怀疑是鱼缸排出的成分影响水母 素,不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年,他们在《科学》杂志报道钙和水母素发光的关系。1967年Ridgway和Ashley提出检测钙的 新方法:用水母素。钙离子是生物体内的重要信号分子,水母素成为第一个有空间分辨能力的钙检测方法,是目前仍用的方法之一。

  1955年 Davenport和Nicol发现水母可以发绿光,但不知其因。1962年下村修和约翰森那篇纯化水母素的文章中,有个注脚,说还发现了另一种蛋白,它 在阳光下呈绿色、钨丝灯下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年,他们得到了这个蛋白,当时称绿色蛋白、以后称绿色荧光 蛋白(GFP)。Morin和Hastings提出水母素和GFP之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光,其能量可转移到GFP,刺激GFP发光。 这是物理化学中已知的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。

  下村修本人对GFP的应用前景不敏感,也未意识到应用的重要性。他离开 普林斯顿到Woods Hole海洋研究所后,他的同事普瑞舍(Douglas Prasher)非常感兴趣用荧光蛋白做生物示踪分子。1985年普瑞舍和日裔科学家Satoshi Inouye分别根据蛋白质序列拿到了水母素的基因(生物学上准确地说是cDNA)。1992年,普瑞舍又拿到GFP的基因。有了cDNA,一般生物学研 究者就很容易应用,比用蛋白质方便多了。

  普瑞舍1992年发表GFP基因的文章后,离开科学界。原因是他申请美国国家科学基金时,评审者说 没有蛋白质发光的先例,就是他找到了这种蛋白,也没什么价值。一气之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,到农业部动植物服务部工作。当时他如果花几 美元,就可以做一个一般研究生都能做,但非常漂亮的工作:将来自水母的GFP基因放到其他生物体内(如细菌),看到荧光,可以很强烈地提示GFP本身可以 发光,无需其他底物、或者辅助分子,也表明可以广泛用GFP。

  将GFP表达到其他生物体这项工作,1994年由两个实验室独立进行:美国哥伦比亚大学做线虫的Marty Chalfie实验室,和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。

  水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光酶的一种,它需荧光素。而GFP是蛋白质本身发光,原理上不同。

  Chalfie的文章立即引起轰动,很多生物学研究者接着纷纷将GFP引入自己的系统。当时好些《自然》、《科学》文章,证明哪里表达GFP,哪里就有绿光,这些后续文章不过是跟风,上了《自然》也不证明有原创性。

  1994 年,华裔美国科学家钱永健(Roger Y Tsien)开始改造GFP,有多项发现。世界上目前使用的荧光蛋白大多是钱永健实验室改造后的变种,有的荧光更强,有的呈黄色、蓝色,有的可激活、可变 色。用一些不常用做研究样本的生物找有颜色的蛋白成为一些人的爱好。不过真发现的有用东西并不很多。成功的例子有俄国科学院生物有机化学研究所 Sergey A. Lukyanov实验室从珊瑚里发现的其他荧光蛋白(FP),包括红色荧光蛋白。

  综观整个过程,从1961年到 1974年,下村修和约翰森的研究遥遥领先,但很少人注意。单纯从技术上,其他生化学家也可以得到水母素和GFP,但需要有想法或兴趣。在1974年以 后,特别是八十年代后,很多后续工作显而易见,一般研究生可以做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色,这一发现出乎意料。

  GFP之美丽和妙用

  GFP及其衍生物(各种荧光蛋白),绚丽多彩,非常漂亮。

  有些荧光蛋白当浓度足够高时,在日光下可以看到颜色。所以实验室产生了人为可控制颜色的鱼、老鼠。

  荧 光蛋白广泛应用于生物学研究。可以通过常规的基因操纵手段,将荧光蛋白用来标记其他目标蛋白,这样可以观察、跟踪目标蛋白的时间、空间变化。提供了以前不 能达到的时间和空间分辨率,而且可以在活细胞、甚至活体动物中观察到一些分子。荧光蛋白技术也使得人们可以研究某些分子的活性,而不仅仅是其存在与否。

  对于有些研究来说,荧光蛋白的作用可以形容为“起死回生”:原来有些方法,需要把生物变成死物才能研究一些现象和过程,而荧光蛋白为主要支柱之一的现代成像技术,使科学家在活的细胞中观察和研究这些过程,使一部分“死物学”变成“生物学”。

  钱永健的贡献

  钱永健是取得重要成就的科学家。他在成像技术中,有两项重要工作都与下村修有一定关系。

  一 项是钙染料。1980年钱永健发明检测钙离子浓度的染料分子,1981年改进将染料引入细胞的方法,以后发明更多、更好的染料,被广泛应用。检测钙的方法 有三种:选择性电极、水母素、钙染料。在钱永健的钙染料没有出现以前,具有空间检测能力的只有水母素,但当时水母素需要注射到细胞内,应用不方便,而钱永 健的染料可以通透到细胞里面去。水母素和钙染料各有优缺点,目前用染料的人多。钱永健还发明了多种染料用于研究其他分子。

  钱永健的第二项工作是GFP。1994年起,钱永健开始研究GFP,改进GFP的发光强度,发光颜色(发明变种,多种不同颜色),发明更多应用方法,阐明发光原理。世界上应用的FP,多半是他发明的变种。他的专利有很多人用,有公司销售。

  钱永健的工作,从八十年代一开始就引人瞩目。他可能是世界上被邀请给学术报告最多的科学家,因为化学和生物界都爱听他的报告,既有技术应用、也有一些很有趣 的现象。他1952年出生,年龄允许他等些年(而下村修没有这个优势)。所以,很多人多年认为钱永健会得诺贝尔奖,可以是化学、也可以是生理奖。值得指 出,钱永健非常肯定下村修的工作,钱较早公开介绍下村修的发现。

  钱永健是钱学森的堂侄。他家多科学家和工程师。他中学时获得过西屋天才奖第 一名,大学在哈佛念化学和物理,20岁毕业,后获英国剑桥大学生理学博士。他哥哥钱永佑(Richard W Tsien)是神经生物学家,曾任Stanford大学生理系主任。两兄弟分别获Rhodes和Marshall学者奖(通常认为是美国大学生竞争性最强 的两个奖学金,克林顿总统曾获Rhodes),到英国留学,九十年代双双成为美国科学院院士。钱学森回国后,国内教育体系在他的子女应该上大学时受到极大 破坏,使钱的子女钱永刚、钱永真没有得到他们堂兄弟那样的发展环境。钱永刚出生于1948年,文革后才念大学。但愿钱永健在钱学森先生在世的时候获奖,告 慰他们全家。

  我在华盛顿大学有位同事,在神经生物学和现代成像都有重要发现和发明,他要求很高,批判性很强,公开发表文章批热门的领域、批 很多人研究不解决问题。他也看不起一些诺贝尔奖得主。有一年刚宣布得奖名单,我到他办公室去聊天,他没等我开口,就说:“今天是不幸的一天”。他认为那些 人没一个值得得奖。这位批判性很强的人,却非常佩服钱永健。

  基本奖项

  1968年,即以金属如何与硫氰酸盐结合为题获美国西屋科学天才奖(TheWestinghouseScienceTalent)

  1968年,拿了美国优秀学生奖学金(NationalMeritScholarship)进入哈佛大学。1972年获学士(化学和物理)。

  1977年,获得剑桥大学博士及博士后(生理学)。

  1981年,钱永健来到加州大学伯克利分校,并在这里工作8年,成为大学教授。[1]

  1989年,钱永健将他的实验室搬到加州大学圣地亚哥分校,现在他是该校的药理学教授以及化学与生物化学教授。[1]

  1995年,当选美国医学研究院院士,

  1998年,当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。

  2009年,获香港(专题)中文大学颁授荣誉理学博士学位,获香港大学颁授荣誉科学博士学位。

  重要奖项

  1991年,帕萨诺基金青年科学家奖;

  1995年,比利时阿图瓦-巴耶-拉图尔健康奖;

  1995年,盖尔德纳基金国际奖;

  1995年,美国心脏学会基础研究奖;

  2002年,美国化学学会创新奖;

  2002年,荷兰皇家科学院海内生物化学与生物物理学奖;

  2004年,获沃尔夫奖(WolfPrizeinMedicine),全美化学学会,蛋白质学会等多项大奖。

  2008年,与美国生物学家马丁·沙尔菲和日本有机化学家兼海洋生物学家下村修2名科学家以绿色荧光蛋白的研究获得该年度诺贝尔化学奖。

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