大学申请书只写六个字,妻子助力突破性发现……一文了解新晋诺奖得主Victor Ambros教授

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划重点

01Victor Ambros教授和Gary Ruvkun教授因发现微RNA及其在转录后基因调控中的作用,共同获得诺贝尔奖生理学或医学奖。

02Ambros教授在麻省理工学院攻读学士学位时,仅写了六个字:我要当科学家。

03与Ruvkun教授保持紧密合作关系的Ambros教授,与妻子Rosalind Lee女士共同完成了lin-4基因的研究。

04然而,他们并未立即认识到这一调控机制的重要性和普遍性,直至RNA干扰现象的发现。

05Ambros教授表示,今天的诺贝尔奖不代表对某个科学家的表彰,而是对好奇心驱动的科学研究方式的表彰。

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▎药明康德内容团队编辑

10月7日的凌晨,Victor Ambros教授在睡梦中被一通来自儿子的电话吵醒。“爸,你有没有接到从瑞典打过来的电话?可一定要接电话啊!”之后不久,来自诺奖委员会的代表在电话里带来了好消息。Victor Ambros教授和他的好友,合作伙伴Gary Ruvkun教授一起因为发现微RNA(microRNA)及其在转录后基因调控中的作用,摘得诺贝尔奖生理学或医学奖的桂冠本来应该第一个接到这个消息的Ambros教授因为手机不在身边,让被记者通知的儿子成了关键的传话人。


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科学启蒙来自父亲



Ambros出生在美国的新英格兰地区,他的父亲是波兰移民,虽然由于二战没有接受过传统的教育,但是自学成才精通四、五种语言。在小Ambros的眼中,父亲是个了不起的能工巧匠,几乎可以做出任何东西。而且他博览群书,经常给小Ambros讲自己读过的书中的故事。小Ambros在10-11岁的时候,对天文学产生了浓厚的兴趣,并且按照书里的指导自己做了一台望远镜。Ambros的父亲乐于帮助他完成想做的各种项目,并且一直鼓励他保持对新生事物的好奇心。日后,Ambros教授不只一次提到,好奇心驱动的科学研究正是科学的魅力之一。


MIT入学申请书上只写了六个字



在申请攻读麻省理工学院(MIT)学士学位的申请书上,年轻的Ambros只写了六个字——我要当科学家(I want to be a scientist)。日后Ambros教授回顾到,这六个字是他年轻时科学梦的缩影,有朝一日,他或许能踏入科学的殿堂,那里有着爱因斯坦、伽利略、哈勃这样的传奇人物。他曾经认为那些著名的科学家都是非常特别的人,然而自己的研究经历表明,普通人也可以做科学研究,科学的进步不是依靠个人的单打独斗,而是一个群体的共同努力。他在MIT进修的道路让他遇到了职业生涯的合作伙伴和个人生活中的挚爱,这些人都为未来的科学突破做出了重要贡献。


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图片来源:123RF


放在冰箱里冻上几个月也没关系的动物模型



在大学时代,Ambros的兴趣从天文学转向分子生物学和遗传学,在1975年诺贝尔生理学或医学奖得主David Baltimore教授的实验室获得博士学位后,他进入Bob Horvitz教授的实验室进行博士后研究。Horvitz教授与Sydney Brenner和John E. Sulston教授一起因为利用线虫(C. elegans)模型揭示器官发育和程序性细胞死亡的基因调控在2002年获得了诺贝尔生理学或医学奖。线虫模型在当时代表着一种全新的生物模型,有着非常简单的细胞结构和清晰的发育过程,并且可以通过遗传学进行深入研究。


让Ambros博士很兴奋的一点是线虫可以冷冻保存,放在冰箱里冻上几个月也没关系!只要化冻线虫就能复苏并且继续生长。在他看来,与果蝇相比,线虫模型实在是方便太多了。“就算我有些小失误也不会影响科学研究。”Ambros教授说自己当时是这么想的。


遇上一生的合作伙伴



在Horvitz教授的实验室里,Ambros博士的课题是研究名为lin-4的线虫基因在发育中的作用。这种突变体最初在Sydney Brenner教授的实验室中被发现,携带lin-4突变的线虫会一直停留在发育早期,无法发育成熟。在研究lin-4突变的过程中,Ambros博士发现另外一个基因lin-14上的功能获得性突变与携带lin-4突变的线虫表型非常相似。因此,他推测lin-4lin-14之间存在相互作用。


这时Gary Ruvkun博士来到Horvitz教授的实验室,作为当时实验室里唯一的分子生物学家,Ruvkun博士带来了DNA合成和如何使用限制性内切酶的技术。Ruvkun博士和Ambros博士一起合作,发表了克隆lin-14的研究。两人各自建立独立的实验室之后,也保持了紧密的合作关系,同时进行lin-14基因的研究。


妻子助力完成突破性研究



虽然在研究lin-4lin-14基因方面取得了一些进展,然而Ambros博士自己在哈佛大学建立实验室之后,lin-4基因的研究项目并不是实验室的重心。在那个年代,克隆一个基因仍然是一项艰巨的工作,研究人员需要通过遗传学实验确定基因在线虫染色体上的位置,是一个耗时耗力的过程。


在1987年,Ambros教授未来的妻子Rosalind Lee女士作为一名技术员加入了Ambros教授的实验室,她与实验室的另一名博士后Rhonda Feinbaum一起承担了克隆lin-4基因的项目。两人合作历时4年,最终确定了lin-4基因的序列。令人惊讶的是,这个序列并没有编码蛋白,它的主要产物是一个只有22个碱基的RNA。


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▲Ambros教授和Rosalind Lee女士在得知诺奖消息后举杯庆祝(图片来源:参考资料[7])


“我们做出了重要发现,而且是我们一起完成的!



与此同时,在麻省总医院建立实验室的Ruvkun教授针对lin-14基因的研究也到了关键阶段。他的课题组发现,影响lin-14基因功能的突变都出现在lin-14基因所转录出的mRNA的3’端非翻译区(3’-UTR)。此前的研究已经表明,lin-4基因对lin-14基因有抑制功能,因此Ruvkun教授推测,lin-4基因的产物可能会与lin-14基因mRNA的3’-UTR结合,调节mRNA翻译成蛋白质的效率。


Ambros教授和Ruvkun教授在离开Horvitz教授的实验室后仍然保持着紧密的联系,在这个关键时刻,两个团队决定分享各自的研究成果,将lin-4基因产物的序列与lin-14 mRNA的序列进行比较。结果非常清晰,lin-4基因编码的那个只有22个碱基的微RNA能够与lin-14 mRNA的3’-UTR大致形成互补。


“我们非常兴奋,我们做出了重要的发现,而且是我们一起完成的!”Ambros教授回顾道。


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lin-4作用于lin-14的3’-UTR(图片来源:参考资料[9])


全新的调控机制



虽然两支团队阐明了lin-4基因调控lin-14基因的作用机制,然而当时他们并没有认识到这一调控机制的重要性和普遍性。Ambros教授一度认为lin-4基因通过微RNA调控lin-14基因的模式只在线虫中出现,因为Rosalind Lee女士曾经试图在其它生物中寻找lin-4基因的同源基因,却一无所获。


然而在1998年,Andrew Fire教授与Craig Mello教授发现了一种叫做RNA干扰(RNAi)的现象,向世人展示了RNA在基因调控上的作用。1999年,David C. Baulcombe教授与其合作伙伴证明在植物中,只有25个碱基长的RNA也能控制mRNA的活性。当Ambros教授看到这一研究时,他意识到这跟lin-4的基因产物非常类似,并立即和Rosalind Lee女士一起在其它生物中寻找类似的微RNA。同时,Ruvkun教授2000年发表在《自然》上的论文显示,线虫中的let-7基因也能够编码微RNA,而且let-7的同源基因在所有动物中都存在。后来,科学家们找到了上百个类似的基因,并且证明它们在人类中也行使着相同的作用。这些研究丰富了人们对RNA功能的理解,展现了基因表达调控的全新方式。


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科学是一项集体的运动



Ambros教授、Ruvkun教授和合作伙伴的研究已经得到众多奖项的表彰,包括2008年,他们与David C. Baulcombe教授一起获得了拉斯克基础医学研究奖。然而,Ambros教授一直非常谦虚,在众多获奖感言中,一再提到妻子Rosalind Lee女士、合作者Gary Ruvkun教授,以及其它实验室成员和合作伙伴的贡献。当得知获得今年的诺贝尔生理学或医学奖时,他表示非常意外,因为他觉得关于RNAi的研究已经包括了微RNA调控基因表达的作用机制。这一研究已经得到了诺贝尔奖的认可和表彰。


他表示,今天的诺贝尔奖不代表对某个科学家的表彰,而是对好奇心驱动的科学研究方式的表彰。而单个科学家以及整体科学研究的成功,是基于研究团队,实验室,以及科学家群体之间的合作和共同努力。


参考资料:
[9] Joel R. Neilson and Phillip A. Sharp, (2008), Small RNA Regulators of Gene Expression, Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2008.09.006

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