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- 660期 - 2024諾貝爾獎特別報導(12月號)
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2024-12-02從家庭農場到諾貝爾獎殿堂 安布羅斯的科學成就之路
660 期
Author 作者
程樹德 | 專研分子生物學及演化學,曾任科月總編輯,現為自由科學家及作家。
今(2024)年10 月7 日下午,當我成癮似地觀看YouTube 影片時,突然跳出瑞典諾貝爾獎委員會的記者會宣布今年得主,而得獎的其中一人――安布羅斯(Victor Ambros)正好是筆者的老相識,頓時讓我回憶起40 多年前往事。雖然往事已如雪上鴻爪、支離破碎,但這片片雪花般記憶,卻能讓我編織出一個微觀察,如何從大學生到科學桂冠,以及一個宏觀察,一個社會如何創造及維持科學文化。
與得獎者安布羅斯相識
筆者於1977 年秋天進入美國哈佛大學(Harvard University)醫學院,攻讀細胞及發育生物學博士。經過一年緊張修課和兩輪實驗室實習後,終於落腳於丹娜-法伯癌症研究所(Dana Farber Cancer Institute)。這是附屬於哈佛醫學院的全新機構,既有臨床癌症醫院又有研究實驗室,供研究生及大學生攻讀學位及實習。
筆者剛進這亮麗大樓的實驗樓層,就被整個房間的超高速離心機、寬大的冷房,以及嶄新的儀器所震攝。每位老闆都有秘書和助理,晚上有清潔工收拾垃圾,將地板清洗打蠟,簡直是研究者的天堂,不久指導老師帶來一位幫我純化腫瘤蛋白的研究助理,她就是蘿莎琳.李(Candy Lee)――安布羅斯的新婚妻子。原來李與安布羅斯是美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)大學部同學,她一路上支持安布羅斯的研究工作,可說是成功獲獎背後的最重要推手。
安布羅斯生於麻州以北的新罕布夏州,但成長於更北的佛蒙特州內的一個乳牛農場,父親是二戰後的波蘭難民,全家共有八名子女。在大學時代,安布羅斯進入知名生化學家布凱能(John Buchanan)的實驗室實習。
安布羅斯的求學時期
布凱能是解開嘌呤(purine)生物合成(biosynthesis)途徑的知名學者,當時麻省理工學院的校長基連(James Killian)將他從美國賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)延聘到校時,誇耀地表示:「這不但是本校有史以來最重要,也是最昂貴的挖角行動。」因為布凱能隨後聘來一群國際知名學者,將麻省理工學院生物系推上學術聲譽的巔峰。
雖然隨著分子生物學的燦爛發展,以及1966 年的盧瑞亞(Salvador Luria)、1975 年的巴爾的摩(David Baltimore)、1993 年的夏普(Philip Sharp)、1987 年的利根川進等人相繼獲得諾貝爾獎,布凱能的聲威相對暗淡了許多,但在1970 年代仍能吸引到一些學生,他也讓學生自由摸索。那時致癌病毒是很熱門的研究課題,安布羅斯對於勞斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus, RSV)感染細胞後引發的形態變化有興趣,便使用電子顯微鏡觀察,居然發現細胞伸出大量絲狀或層狀突起,像是活化了細胞骨骼系統,這極奇特成果很快就刊於《美國國家科學院院刊》(PNAS),因為已經是院士的布凱能有權不必審即發表。
安布羅斯畢業後,進了美國史丹佛大學(Stanford University)生物化學系當博士生。然而他受不了日以繼夜、夜以繼日的工作氣氛,便回到母校,並改師從巴爾的摩(David Baltimore)。而巴爾的摩則因在1970 年發現RNA 反轉錄酶(reverse transcriptase),於1975 年即獲諾貝爾獎,聲望如日中天,因此這時進入巴爾的摩實驗室可說是相當不容易。安布羅斯於1979 年前後畢業,由於他常開車來接妻子,筆者逐漸與他熟捻,也知道他畢業後將轉換到線蟲領域。
線蟲成為新興研究領域
為什麼他會突然想轉換領域呢?原來在西方的科學文化傳統中,常允許高瞻遠矚的人跳脫熱門領域、預見新方向,而線蟲就是南非生物學家布瑞納(Sydney Brenner)所提倡的新方向。
布瑞納在分子生物學綻放驚人花朵之初,就有傑出貢獻,例如遺傳密碼的特性及訊息核糖核酸(messenger ribonucleic acid, mRNA)的存在。但早在1963 年,他就曾寫信給劍橋分子生物實驗室主任皮魯茲(Max Perutz)並提到:「目前分子生物學大部分的經典問題,若非已經被解答了,就是十年內可解決,未來必須擴展這研究典範,到發育及神經系統諸問題。」布瑞納建議將一種多細胞動物,予以微生物化,也就是簡化養殖、製造突變、挑選突變、抽取核酸及蛋白質、基因複製等所有技術,讓這種動物可以像處理大腸桿菌般簡易,並作為模式動物。
皮魯茲建議布瑞納馬上寫計畫書給英國負責撥款的最高機構。當年10 月,布瑞納就要求開拓秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)作為模式動物,以探討分化過程的遺傳學,他推薦使用線蟲的優點包含:線蟲只有一毫米(mm),平均壽命二至三週,以雌雄同體的繁殖方式可以生300 個後代,也可讓隱性突變暴露在外表性狀上,而且也有單獨雄性個體,可與雌雄同體交配,讓突變隱藏為異合子型(heterozygote)。此外,線蟲從受精卵發育為幼蟲,只需14 小時。而從幼蟲到成蟲,分四階段(L1 ~ L4),只需35 小時。
他在計畫最後寫到:「我要先釐清每個細胞的來龍去脈,然後尋求發育過程的突變。」
布瑞納改變方向後,首先分辨每個細胞的來龍去脈,同時也發現了細胞凋亡(apoptosis)的現象。當時參與布瑞納早期研究的賀維芝(H. Robert Horvitz),隨後就被麻省理工學院積極聘僱回大學母校,而這也是安布羅斯將要進入的地方。……【更多內容請閱讀科學月刊第660期】