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ISSN:1004-0374
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《生命科学》 2007, 19(2): 112-
负笈英伦剑桥分子生物学实验室
张友尚
中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所,上海200031
      改革开放以来,国家派出了大量留学生到国外学习。近年来,自费出国读研究生和大学的年轻人更是与日俱增。现在留学已经是很平常的事。不过我下面要说的是20世纪60年代中期我在英国剑桥医学研究委员会分子生物学实验室(Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, 简称MRC LMB)进修的一段不寻常经历,因为那是一个比较特殊的年代,那个实验室又是举世闻名、独一无二的。有人说那里是分子生物学的发源地,也有人说那里是诺贝尔奖的摇篮。能在那里进修对我而言是可遇而不可求的难得机遇。说实话,我在中科院上海生物化学研究所蛋白质专业研究生毕业(没有学位,那时学位是批判对象。)后,只想在生化所好好工作,并不奢望到苏联或东欧留学。实际上,当时国内研究生化的到中科院生化所进修就像出国一样。至于到资本主义国家留学更是不可能的事。然而那时,不可能成为了现实。由于中苏关系恶化,国家开始考虑向已经和我国建交的资本主义国家派遣留学生。当王应睐所长和曹天钦副所长告诉我,要派我去英国剑桥分子生物学实验室进修时,我的反应是完全出乎意料的惊喜,同时也感到十分紧张,深恐有负国家和人民的厚望,特别是在资本主义国家的复杂环境里。1963年,我到北京和准备赴英的杨士林、许孔时、许振嘉、陈佳洱等会合,由中科院人事局的孟汇丽同志安排接受国际形势和外事方面的教育。当时我国驻英代办熊向晖同志正好在国内。他向我们介绍了英国的一些情况。我记得他说:你们到了那里就是到了一个花花世界;你们要努力学习英国先进的科学技术,而不要受不良环境的影响。然而,到了快出发前,所里通知我由于LMB当时实验室的空间有限,需暂缓赴英,于是我又回所继续工作,一直到1964年9月才和生理所的吴建屏一起赴英。我在LMB进修至1965年12月。1966年初在伦敦大学国王学院生物物理实验室进修,于1966年4月“文化大革命”前回国。
      MRC分子生物学实验室是Max Perutz于1962年创立的,其前身是英国医学研究委员会于1947年在剑桥大学物理系Cavendish Laboratory建立的分子生物学单位(Molecular Biology Unit, MBU)。MBU位于用预制件搭建的简陋棚屋内。在那里,Max Perutz和他的研究生John Kendrew潜心研究血红蛋白和肌红蛋白的晶体结构;Francis Crick和来自美国的Jim Watson共同探索基因的结构;Hugh Huxley则研究肌肉的收缩。经过他们长期不懈的努力,终于有所突破。1953年,Crick和Watson发现了DNA的双螺旋结构;Perutz找到了解析蛋白质晶体结构的重原子同晶置换法;Hugh Huxley发现了蛋白纤维滑动的肌肉收缩机制。1957年,来自南非的Sydney Brenner发现了信使核糖核酸和遗传密码的三联体构造;Kendrew利用Perutz的方法测定了肌红蛋白晶体的三维结构。结果,Crick和Watson获1962年诺贝尔生理学或医学奖,Perutz和Kendrew获1962年诺贝尔化学奖。同年,MRC MBU成为 MRC LMB,从棚屋迁到南郊新建的现代化四层楼房内。新成立的MRC LMB吸引了更多的一流科学家,其中有来自剑桥大学生化系的Fred Sanger(Sanger因测定胰岛素的一级结构已于1958年获诺贝尔化学奖)、来自伦敦大学Birkbeck College的Aaron Klug和来自阿根廷的Cesar Milstein等。此外,还有来自其他许多国家,像我一样的访问学者。我在LMB一年多的时间内主要是在Huxley的指导下用电子显微镜研究肌动球蛋白的收缩机制,得到了一些有兴趣的结果并写成论文。当时Huxley已改用X射线衍射研究蛙肌的收缩,没有直接参与我的工作,因此,他要我将文章单独署名送Nature发表。但是,按照国家那时的规定,只有和外国作者共同署名的文章才能在国外的刊物上发表,所以我没有将文章投Nature,准备回国后投《中国科学》。没有想到回国后正赶上“文化大革命”,于是我花费很多精力完成的工作只能束之高阁,始终没有发表,这是我深感遗憾的。使我稍感欣慰的是我在较短时间内参加的另一项工作在我1966年回国后却在Nature上发表了。那是我和Aaron Klug、John Finch、Rubin Leberman一起做的。当时,Klug和Finch主要是利用植物病毒的二维高分辨电子显微镜图象研究球状病毒的三维结构。虽然一些球状病毒分子不难结晶,但是那时还不可能用X射线衍射解析如此巨大病毒分子的三维结构,除非病毒的蛋白亚基能形成分子量较小的寡聚体结晶。当时已经知道烟草花叶病毒(TMV)解聚成蛋白亚基后可以形成小的双层饼。Roy Markham根据电镜观察认为每层饼有16个亚基。后来Leberman得到了很漂亮的双层饼结晶,于是我就学习用X射线照相机摄取结晶的衍射图象。虽然,这只是解晶体结构的第一步,但是有意思的是衍射图象本身已经说明双层饼的亚基数是34,每层饼的亚基数是17而不是16,因为与双层饼垂直方向的衍射图象,在强度上具有34重对称性。由于双层饼的相对分子质量仍然高达60万,因此又过了十一二年,Klug等才解出了全部结构。尽管我在LMB只工作了一年半不到,但是那里的学术氛围和孜孜不倦攀登科学高峰的精神对我以后科学道路的影响是很深远的。1982年7月我去英国参加中英生化学会的双边会议,因而有机会重访LMB。我记得是Sanger亲自开车把我们从火车站接到LMB。在此以前不到两年,正是Sanger又因首创DNA测序法于1980年再次获得诺贝尔化学奖。虽然获得了这样高的荣誉,一向讷于言而敏于行的Sanger还是那样地平易近人。在LMB除去一般的参观访问外,我和Klug做了较长时间的交谈。当时我们都没有想到过了几个月后Klug又因阐明病毒及核小体等核酸蛋白质复合物的结构而获得1982年的诺贝尔化学奖。两年以后,Cesar Milstein和Georges Kohler又因首创单克隆抗体技术而获得1984年的诺贝尔生理学或医学奖。LMB在成立之初就汇集了五位诺贝尔奖得主(包括客座的Watson),成立后又接二连三地得奖(包括客座的Kohler),这样的业绩实属罕见。人们不禁要问:Perutz领导LMB到底有什么诀窍呢?Perutz告诉我们:管理LMB的是一个六人小组,他担任小组的Chairman而不是 Director。我在的时候小组由Perutz、Kendrew、Huxley、Sanger、Crick和Brenner组成。小组从不干预实验室的研究工作,只放手让有才能的研究人员充分发挥他们的聪明才智。作为Chairman的Perutz经常在实验室出现,或在实验台前和X射线机旁亲自做实验,或关心其他人的研究并给予帮助。Perutz还告诉我们:要成为一个成功的实验室,研究人员之间的交流是至关重要的。在LMB,屋顶上有一个餐厅,由他的夫人Gisela亲自打理。那里上下午有morning coffee和afternoon tea。中午大家都在餐厅吃饭。在这些实验间歇的休闲场合,相互间的自由交谈往往会产生一些好的想法,甚至是全新的灵感。
      时至21世纪,生命科学已进入后基因组时代。当前生命科学和生物技术的飞速发展,如果没有LMB及其前身MBU在基础研究上的突破和贡献是不可能实现的。对于我国的基础研究而言,LMB的成功经验也可以起到借鉴作用。
 
 
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