一个月前(2019年5月14日),普渡大学生物学系教授Michael G. Rossmann(迈克尔·罗斯曼)因病离开了人世。这位物理学出身、转做化学晶体、将计算机技术用于蛋白质结构解析的跨界生物学家,一生硕果累累。
他开发了生物大分子结构解析的“分子置换法”(Molecular Replacement),为蛋白质结构数据库贡献了75%的数据,也为其它生物大分子结构解析做出了极大的贡献;他第一个解析了侵染人的感冒病毒原子结构、登革热病毒和寨卡病毒结构,为疫苗研制打下基础;以他名字命名的蛋白质结构基序——罗斯曼折叠(Rossmann Fold)将永远镌刻在结构生物史上。
Rossmann教授与中国结构生物学团体一直保持着很好的关系,对中国结构生物学的成长和发展起到了很大帮助。《返朴》邀请到曾与Rossmann教授一起工作、交流过的华人科研工作者,共同撰文缅怀这位真挚纯粹的伟大科学家。Michael Rossmann(1930-2019)
Michael于1930年出生在德国法兰克福,幼年在德国生活,后随母亲在二战前夕搬到英国。他于伦敦大学相继获得数学和物理学学士学位及物理学硕士学位,并于1956年获得苏格兰格拉斯哥大学化学晶体学博士学位。博士毕业后,Michael在明尼苏达大学的William Lipscomb实验室做博士后,研究小分子结构。
在明尼苏达大学期间,Michael与William Lipscomb的博士生Dick Dickerson有过短暂的交集。Dick的博士论文是关于氢化硼的,许多年后,硼烷结构的研究为William Lipscomb赢取了诺贝尔化学奖。彼时,明尼苏达大学有一套首批商业化的计算机UNIVAC 1103,Dick教Michael写出了他的第一个计算机程序,这为Michael日后计算血红蛋白结构打下了基础。
1957年,Michael参加了国际晶体学会在蒙特利尔的一次会议。会议上,Dorothy Hodgkin提到了John Kendrew的肌红蛋白工作。蛋白质结构是理解生命过程的重要基础,解析蛋白质结构的最大难题是测定X光衍射数据的相位角——当时还没有成功的方法。
蛋白质结构解析中的挑战及现代计算技术的运用深深吸引了Michael,于是他毫不犹豫地联系了John Kendrew所在的剑桥卡文迪许MRC实验室,实验室主任Max Perutz很快答应了Michael的工作申请。
1958年,Michael加入Max Perutz研究组,开始了全新的研究生涯。
在剑桥的生活中,给Michael印象最深的是每天早上11点开始的咖啡时间,大家聚在一起交流想法,这让Michael意识到生物是一门比他学的数学与物理更有意思的学科。而经常与Francis Crick等人交流,也极大开拓了他的视野。在Max实验室,Michael主要参与血红蛋白结构解析的工作。
他利用计算机编程技术帮助确定了相位解析所需的关键重原子衍生物中的重原子位置,在血红蛋白结构解析中起到了关键作用。
在解析了血红蛋白结构后,Michael立刻意识到血红蛋白的α与β链之间的相似性,以及其与肌红蛋白结构的相似性。这个发现为建立蛋白质结构与其功能的相关性理论奠立了基础,对未来研究蛋白质生物学功能有重要的指导意义。
他尝试用Patterson函数在相位缺失的情况下确定血红蛋白的α与β链的相对位置关系,并把此方法——后命名为“分子置换法”——最终演变成目前大分子X-射线晶体学中最常用的相位确定方法之一。分子置换法大大地简化了晶体结构的测定过程,使整个生命科学领域里蛋白质结构的产出量成倍增长。
Michael在普渡建立了自己的实验室后,很快便解析了糜蛋白酶与乳酸脱氢酶结构。
在对乳酸脱氢酶结构分析中,他发现其核苷酸结合结构域与其它核苷酸结合蛋白结构相似,由此提出一个可以结合核苷酸的普适结构,第一次提出了基本二级结构能通过特定组合形成更高级的结构,当时被命名为超二级结构(Super-secondary structure),后来演化为Motif和Fold,Michael发现的是结合核苷酸超二级结构。
此类结构后来也以他的名字命名,叫作“罗斯曼折叠”(Rossmann Fold)。
在研究病毒结构的过程中,Michael曾面临着巨大的名利诱惑,而他的选择显示了什么叫做“纯粹的科学家”。早年得到Rhinovirus(鼻病毒)结构的时候,很多药厂立即找到Michael,希望独家得到病毒结构,用于指导药物研发。这其中涉及到巨大的经济利益,但是Michael经过慎重思考,并向导师Max咨询后,决定免费公开鼻病毒结构。
Michael和中国结构生物学团体一直保持着很好的联系,为全世界培养了大量华裔结构生物学家,对中国和世界结构生物学的成长和发展起到了很大的帮助。早在1980年,Michael应王家槐和梁栋材等教授邀请,访问了中国科学院生物物理研究所,这基本上是中国结构生物学领域在刚实行改革开放的国土上接触的第一位杰出的西方结构生物学家。
回顾Michael Rossmann教授的一生,从小分子结构转向研究蛋白质结构,从酶的结构到超大病毒的结构,他总是去挑战其他人认为不可能、或当时看来天方夜谭的研究方向,他所提出的一些方法和概念开始都备受质疑,但最后都成为他对结构生物学的主要突破性贡献。
对此,Michael曾经的博士后、哥伦比亚大学教授童亮缅怀道:“我将永远铭记他对科学的无与伦比的热情和深邃的知识,他在攻克难题的过程中所表现出的快乐能传染给每一个人。”Michael在我们脑中的印象,永远定格为那个牛顿所说的在海滩边玩耍的小孩,专注地寻找着漂亮的石头。
Michael Rossmann教授的离世,是科学界的一大损失,但他留下的科学遗产和精神将继续激励着后人。