一次意外的科学发现,掀起了生物技术产业的革命

作者: 卡尔·齐默

来源: 科研圈

发布日期: 2017-08-30

本文讲述了哈密尔顿·史密斯及其同事在20世纪60年代发现限制性内切酶,这一发现推动了生物技术产业的革命,使得基因编辑成为可能,并对社会经济产生了巨大影响。

当今社会,生物技术在经济领域中几乎无处不在,因此,我们很难确切地知道生物技术在整体经济中究竟占有多大的分量。现在的转基因生物,比如细菌和植物,已经能够生产药物、食品、燃料甚至服装面料。罗伯特·卡尔森是生物科技公司 Biodesic 的负责人和投资公司生物经济资金(Bioeconomy Capital)的创始人。

他最近仔细的算了笔帐,结果得出了一个惊人的结论——在 2012 年,美国单单在生物科技领域获得的财务收入就超过 3240 亿美元。生物技术的发展速度让人感到震惊的原因并不在于该产业的规模,而在于它还过于年轻。两个世纪之前的第一次工业革命带来了生产业首次巨大的变革,与之相比,生物技术产业诞生至今只有 40 年。

它的出现要归功于约翰斯·霍普金斯大学的微生物学家哈密尔顿·史密斯和他的同事,他们在 20 世纪 60 年代发现了可以切割 DNA 的限制性内切酶。史密斯向全世界展示了限制性内切酶的作用,于是,其他科学家就开始把这种酶当作“剪刀”,用于基因编辑。

限制性内切酶的应用是一个教科书级别的经典实例,它表明了基础研究最终如何对社会产生巨大的经济效益。史密斯在最开始研究限制性内切酶的时候,并没有心怀这么宏大的理想,他仅仅是想做些科学研究。这位现在已经 85 岁高龄的老人曾经说过:“科学研究实在太有趣了,对我来说,学无止境。”

在 1968 年,史密斯还只是约翰斯·霍普金斯大学里一名初出茅庐的讲师。当时,他对基因重组很感兴趣——基因重组指的是细胞能将 DNA 切割成片段,然后再将这些片段重新组合成新的 DNA 序列的过程。史密斯选择了一种名为流感嗜血杆菌的细菌,研究它如何进行基因重组。

为了弄清楚基因重组的过程,史密斯用放射性同位素标记法标记病毒——首先用磷的放射性同位素标记细菌的 DNA,然后再用病毒侵蚀细菌。这些病毒在细菌内部增殖,于是它们的基因也同样标记有放射性同位素。然后史密斯和他的同事用这些标记有放射性同位素的病毒感染另一批细菌。

史密斯和他的同事发表了他们如何发现限制性酶的研究细节,随后其他科学家也开始了相关研究。1972 年,斯坦福大学的生物学家保罗·伯格利用限制酶切割 SV40 病毒的 DNA,然后用另一种酶将其他病毒的 DNA“粘到”切割后的 DNA 片段末端,创造出了由两个物种的遗传物质组成的 DNA 片段。

1978 年,史密斯接到了一个从斯德哥尔摩打来的电话,他被告知自己与沃纳·阿尔伯、约翰·霍普金斯大学的丹尼尔·纳思斯共同获得了当年的诺贝尔医学奖。丹尼尔·纳思斯是在史密斯后,进一步开展实验,研究限制性内切酶的微生物学家。

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