綠色熒光蛋白的前世今生

☉鬼谷藏龍

綠色熒光蛋白讓水母發出綠光

故事還要從美國西北部的海岸說起，每年夏天，這里就會出現許多水晶水母。當這些水母受到驚嚇的時候，它們就會發出一圈淡淡的綠色熒光。

這些迷人的水母引起了一位科學家的注意，他叫下村修。

水母為什么會發光呢？

從20 世紀60 年代開始，下村修每年夏天都會驅車跨越整個美國來此撈水晶水母。

經過多年努力，下村修終于從幾萬只水母體內提煉出了幾種關鍵的發光蛋白，其中一種叫作“綠色熒光蛋白”，正是這種蛋白質讓水母發出了幽幽的綠光。

他發現這是一種在生物中罕見的可以獨立發光的蛋白質，只可惜限于當時的技術條件，下村修在將這種蛋白質的理化性質研究透徹之后便只得將其束之高閣。那時的他還不知道，他所發現的這種蛋白質將會在幾十年后帶來一場轟轟烈烈的生命科學革命。

但本文的主角并不是下村修，而是十多年后第一個站出來用綠色熒光蛋白敲擊新時代大門的道格拉斯·普瑞舍。

道格拉斯·普瑞舍

從20 世紀80 年代開始，基因工程逐漸在生命科學領域嶄露頭角，而普瑞舍率先嗅到綠色熒光蛋白在這輪風口中的強大潛能。他想到如果通過一些技術手段把綠色熒光蛋白“拴”在細胞內的其他蛋白質上，就相當于給這些蛋白質打上了“正道的光”，從此這些蛋白質在細胞內的一舉一動都將無所遁形，而這將成為人類史上第一種可以精確觀測蛋白質活動的技術。

但是，普瑞舍性格內向，不善言辭，申請科研經費時處處碰壁。

一直到1988 年，他好不容易從美國癌癥協會那里申請到20 萬美元的科研經費，這才得以放手一搏。

普瑞舍要實現用綠色熒光蛋白修飾其他蛋白質的目標，第一步就是找到編碼綠色熒光蛋白的基因。

在20 世紀80 年代，分子生物學尚處于萌芽階段，做相關實驗不但費時費力，而且花費極大。

普瑞舍要尋找綠色熒光蛋白的基因，唯一的辦法就是向下村修學習——去美國西海岸拼命抓水母。

當時的普瑞舍沒有終身教職，身邊并沒有多少學生助手，許多操作都得親力親為。即便如此，他還是在解剖了大量的水晶水母后，提取出了其中編碼綠色熒光蛋白的基因。

從事后諸葛亮的角度來看，他的工作意義重大，因為在那之后不久，美國西海岸的水晶水母不知為何數量銳減。如果沒有他及時提取水母的熒光蛋白基因，人類或許會在之后很長時間里都和這一生命科學史上十分重要的工具失之交臂。

但是，到這一步，普瑞舍的體力和意志都已經瀕臨極限。

沒有終身教職的他收入微薄，工作繁重，而且把綠色熒光蛋白“拴”在其他蛋白質上的目標又是那么遙不可及。

更棘手的是，他那20 萬美元的研究經費就快見底了。

最終在1991 年，普瑞舍那20 萬美元的科研經費徹底花光了，而他無論是申請更多經費還是申請終身教職均以失敗告終，不得不徹底放棄對綠色熒光蛋白的研究。

不過普瑞舍在放棄前，將他這些年的科研經歷寫成一篇論文。雖然這篇論文被后人稱為“科學史上最悲壯的論文”，但他的工作早已成功引起了兩位大科學家的注意。

馬丁·查爾菲和錢永健先后致信普瑞舍，求借他所提取的綠色熒光蛋白基因。普瑞舍便將自己苦心提取的綠色熒光蛋白基因送給了他們。

后來，查爾菲實驗室的一名研究生采用當時新發明不久的PCR（聚合酶鏈式反應）技術在兩年時間內迅速完成了普瑞舍未竟的事業，成功把綠色熒光蛋白表達在線蟲體內。

之所以我們今天能看到十分漂亮的細胞圖片，而且各種細胞結構能夠纖毫畢現，綠色熒光蛋白發揮了重要作用。

如果說查爾菲接力普瑞舍開啟了新的大門，那么錢永健則無疑是讓人們看清了這扇門的背后有著多么色彩斑斕的世界。錢永鍵的實驗室更進一步——通過一系列基因改造，將“綠色熒光蛋白”變成了“五顏六色的熒光蛋白”。

從此，熒光蛋白從一種顏色變成可以讓人隨心所欲調配的“調色盤”，理論上只要將多種不同色彩的熒光蛋白以不同比例互相混合，就能調出成千上萬種色彩。比如，在2007 年發明的一種叫作“彩虹腦”的技術，就借助這個思路，給腦中每一個神經元都隨機染上不同的色彩，一舉讓腦中每一根神經纖維都清晰可辨，加快了神經科學研究的進程。

2008 年，諾貝爾化學獎被授予下村修、查爾菲與錢永健3 位科學家，以表彰他們在綠色熒光蛋白研究方面的貢獻。在記者招待會上，查爾菲與錢永健都對普瑞舍當年的貢獻贊不絕口，若非當年普瑞舍被迫中途放棄自己的研究，今天的獎章至少得有他的一半。甚至單單考慮他已完成的工作，他也是離諾貝爾獎只有一線之隔的“第四大功臣”。然而在這獨屬于熒光蛋白的時刻，我們的普瑞舍，那個本該捧起諾貝爾獎的偉大科學家卻在開班車。

2008 年諾貝爾化學獎獲得者（從左至右)：下村修、馬丁·查爾菲、錢永健

原來，普瑞舍放棄對綠色熒光蛋白的研究后，十幾年里他幾經輾轉，好不容易在政府部門謀了一份差使，結果橫生枝節，又成了無業游民。最后他不得不去車行打工，當班車司機，靠著一小時8.5 美元的工資勉強為生。

好在當錢永健聽說這樣一個大功臣居然淪落至此的時候，將其聘請到自己的實驗室繼續從事科研工作。

在今天，科技已經越來越成為一種系統工程，任何突破都是無數人為之努力的結果。他們中有功成名就者，就必有功虧一簣者，雖然成敗不過在一線之間，但這背后所付出的努力與智慧未必相差太遠。因此，無論是屹立頂峰、熠熠生輝的群星，還是像普瑞舍這樣在黑暗中默默耕耘的無名英雄，他們同樣是在為人類的科技殿堂添磚加瓦，都值得我們敬仰與銘記。