保羅·伯格(Paul Berg) — 世界上第一位開創「遺傳工程」的化學家

遺傳工程是在分子遺傳學的基礎上發展起來的一門新興技術。它的化學術語叫做「脫氧核糖核酸(英文縮寫式為DNA)生理技術,也稱為「基因工程」。

早在1909年,「基因」這個詞就由丹麥遺傳化學家約翰遜創造出來。後來,「基因」概念本身居然發生了較大變化,但科學界對其本質和作用的看法卻是基本相同的:第一,科學家普遍認為基因是實體,有著特定的物質基礎,其特定遺傳物質就是脫氧核糖核酸(少數生物為核糖核酸,英文縮寫為RNA)。第二,基因具有一定的遺傳效應,表現為DNA分子中一定的核苷酸順序。基因作為遺傳資訊的傳遞、表達、性狀分化和發育的依據,可以影響生物的遺傳性能。第三,基因本身可以分割,其本身在結構的功能這兩個主要方面存在著差異。

現代科學家們主要通過對物質性內切酶和連接酶作用的限制,來使個別基因與作為基因載體的質粒或病毒分子的相結合而重新組成DNA分子,然後再把這重新組成的DNA分子採取轉化等方法引入某種細胞,從而使該細胞的性狀作出相應的表示。因此,遺傳工程技術可能為動植物和微生物新品種的培育、對遺傳性疾病和癌的控制等內容發揮出巨大的作用。20世紀中期以來,遺傳工程以充滿生命力的奧秘,吸引著無數科學家步入探索的行列。在這個行列中,美科學家保羅·伯格(Paul Berg,1926—)就是一位傑出的探索者。

保羅·伯格,1926年6月30日出生於美國的紐約。1943年至1946年參軍服役。1947年至1948年在賓夕法尼亞州立學院生化系讀書。1948年獲學士學位,畢業後到凱斯西方大學在極有名氣的伍德教授的指導下攻讀生化專業博士學位。1951年獲博士學位。後到丹麥一所大學進修二年。1954年至1959年,伯格在聖路易的華盛頓大學微生物系擔任助理教授。後追隨科恩·伯格教授到新建立的史丹佛大學醫學院生化系作教學工作。1960年被提昇為教授。

從上大學起,尤其是從擔任華盛頓大學微生物系助理教授開始,伯格就對基因的神秘作用產生了濃厚的興趣。他將大量的心血和精力,毫不猶豫地傾注於對基因的研究與探索工作上,而且屢有進展。1960年底,伯格曾指出:「現在我們對細菌中基因的功能已經比較熟悉了,但基因功能在較高等的機體中是否與細菌相似?牠們是否以同樣的法則來進行表達和調節?」這個問題從表面上看是向學術界提出的,而實際上是給自己確定的下一步科學研究的主攻方向。為了達到既定目標,他決定首先選擇所侵入並感染動物細胞的病毒作為突破口,以猴腫瘤病毒SV30為最初研究的對象,借用史丹佛大學生化科研人員創造的「基因接合方法」,經過反復精心試驗,終於研製成功一種「細菌酶」,取名為「限制性內切酶」(英文縮寫為ECORI)這種酶能準確地在SV4o的DNA環狀上切斷一處,並迅速地在切斷處生成一個附著性尾端,他形象地把這種酶稱作「一種裁剪分子的剪刀」。這就是伯格對生物化學的第一個重大貢獻——切割基因,重新組合DNA。從此,他開始在美國化學界嶄露頭角。伯格的成績使他的聲望大增,他開始贏得了國內外越來越多的人的尊敬。並於1966年入選美國藝術科學院和國家科學院。

初步成功的喜悅,促使伯格在科學的征途上繼續奮鬥。在對SV.試驗的基礎上,他又作了進一步大膽的設想,如果用同樣的辦法把另外一個基因切下來,那麼同樣的附著性尾端能否會自然地待在那個基因的切口處呢?如果能的話,這兩種完全不同的DNA很有可能十分容易地結合到一起了。經過嚴密科學試驗的證明,這一有根據的大膽科學設想獲得了成功,DNA生理的基本條件被證實是可行的。至1971年,在其同事協助下,伯格巧妙地利用限制性內切酶這把「剪刀」,成功地打開SV4的環狀DNA分子,並把一塊含有細菌基因的DNA與它連接到一起。伯格對生物化學的第二個重大貢獻一經公佈,隨即引起了美國和世界化學界的震動。因為這是人類歷史上通過人工的方法將一些毫不相關的DNA結合在一起的第一例。從此意義上講,伯格開創了生化系統中基因工程的里程碑。

又一次重大成功,使伯格增添了向科學高峰攀登的無限勇氣。他又為自己及其研究組設計了下一個重大課題:把雜交分子植入大腸桿菌中,期望在大腸桿菌分裂繁殖過程里會產生出無性繁殖的「基因菌落」。

然而正當他進行試驗的準備工作一切就緒,試驗即將開始之際,冷泉港實驗室的科學家羅伯·波洛克向他提出了希望他放棄繼續試驗的勸告。理由是,波洛克認為SV4病毒可使人致癌。倘若已被SV,感染的而且在人體內繁殖力極強的大腸桿菌從實驗室洩漏,就可能對人類產生極為嚴重的威脅。這在對基因生理科學研究的認識尚處於初步階段的當時,作為一個責任感較強的科學家,伯格斷然放棄了成功的希望,決定暫時停止這方面的科學實驗。

至70年代末期,由於科學研究的進一步深入,科學界對遺傳工程的認識有了很大的提高,國際健康研究組織機構也基本上解除了對重新組合DNA實驗的約束,致使遺傳工程的科學研究事業產生了突飛猛進的發展。

在伯格的影響下,遺傳工程研究遍布歐美和幾乎整個世界的生物化學領域,並競相結出豐碩之果。比如,瑞士蘇黎世大學查利·韋斯所領導的分子生物學研究小組,採用無性繁殖基因的辦法,已成功地生產了大批可用於抑制某些腫瘤的「人類干擾素」;芝加哥艾博特實驗室採用基因嵌接的辦法,生產出可用來溶解血液凝塊的「尿激酶」;血液學家馬丁·克林領導的U—CLA研究小組,研究出一種可以抗癌的基因,而且與此同時還可以自行消除其產生的副作用。

鑑於伯格在科學上的巨大貢獻,1974年他入選美國分子學會。1975年擔任美國生物化學學會會長的職務。1978年美國耶魯大學和羅徹斯特大學將榮譽博士學位授予伯格教授。與此同時,他還受聘擔任了美國生理DNA分子委員會主席的職務。1980年,諾貝爾評獎委員會將諾貝爾化學獎這一科學界最高榮譽授予伯格先生。當伯格獲悉自己得到這份崇高榮譽時,表現出非常謙虛的品格。他說:「這一崇高的獎賞使我為難,因為這裡面凝聚了十幾年來與我共同奮鬥的學生、同事和研究人員的心血。決非我一個人力所能及的。我真誠希望他們能與我一道前往斯德哥爾摩去領獎。諾貝爾獎有時會遺漏許多獲得輝煌成就的人,我只期望這些同行應獲得相應的榮譽。」

80年代以來,世界各地生物化學研究開發公司普遍認為,遺傳工程新技術將對工業、農業、化學、醫藥、採礦及能源等部門產生重大影響。比如,通過基因去控制農作物使其提高光合作用的功能,因此可在減少施肥情況下獲糧食增產。這就意味著遺傳工程可引起農業革命。再比如,通過基因嵌接辦法生產的環氧乙烷和乙二醇等有機化合物,可以廣泛地利用在抗冷劑、塑膠、膠片、橡膠和製藥等製造業生產上。

總之,保羅·伯格在遺傳工程學上的巨大貢獻,直接造福於人類的各項有益事業,在推進人類文明史的發展、促進人類社會的進步方面,功勛是卓著的。因此,諾貝爾化學獎的桂冠授予伯格實屬當之無愧。當然,伯格的科學研究成果還不僅僅限於遺傳學方面,對蛋白質的合成、對抑制突變的機制等都有突破性研究。

目前,他正著力於控制血紅蛋白形成的基因分析的研究工作。他認為如果在重組DNA方面有進一步突破後,有可能探索出人從胚胎變成胎兒直至最後形成人時,其血紅蛋白鏈轉換的內在原因,因而可能尋找出血友病、鐮刀狀貧血和地中海式貧血疾病產生的根源。他決心克服重重因難,繼續攀登科學的高峰。