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从新冠疫情看科学研究的意义三(1980年诺贝尔化学奖DNA测序)

已有 1468 次阅读 2021-9-9 21:32 |系统分类:科普集锦

从新冠疫情看科学研究的意义(三)

                                                      --1980年诺贝尔化学奖DNA测序

从疫情初期通过基因序列明确感染源为新型冠状病毒,到最近多种新冠病毒突变体(阿尔法、贝塔、伽马、德尔塔)的发现,DNA测序无疑是其中关键技术。也正因为有了病毒基因组序列,才可能设计出目前的多种快速检测病毒的方法及开发出多种基于核酸或蛋白片段的疫苗产品(包括mRNA疫苗、腺病毒疫苗和病毒蛋白组分制成的疫苗等)。英国科学家Frederick Sanger曾因发明DNA测序方法(即目前仍在使用的桑格测序法)获得了1980年诺贝尔化学奖。之前,Sanger已经因为解析了胰岛素蛋白质序列获得了1958年诺贝尔化学奖,是为数不多的两次获得诺贝尔奖的科学家,也是唯一一位两次获得诺贝尔化学奖的人。 

桑格测序法也叫链终止法(chain termination method),是利用同位素标记的双脱氧核苷酸(dideoxyribonucleotides)在DNA链延伸过程中随机掺入,这种经过修饰的双脱氧核苷酸一旦加入,DNA链延伸反应即会终止。这样,在四个不同试管中分别加入一种标记的双脱氧核苷酸和模板DNA、DNA聚合酶、引物及四种脱氧核苷酸进行引物延伸反应,最终每个试管中由于双脱氧核苷酸的随机掺入将得到不同长度的DNA片段,利用凝胶电泳结合放射自显影,即可检测出整个模板DNA的序列。1977年Sanger在PNAS杂志上正式发表了这一方法。值得一提的是,在Sanger之前,美国康奈尔大学的著名华人科学家吴瑞(Ray Wu)在DNA测序方面已完成了大量工作,特别是其发明的“引物延伸”方法更是Sanger测序的重要基础。 

桑格测序法是完成人类基因组计划的关键技术基础。如今的高通量测序方法已对桑格测序法进行了许多改进和升级,但桑格测序法至今仍是较为常用的DNA测序方法之一。Sanger本人可谓是一位非常低调的科学家,其父亲是一名医生,对其影响较大;Sanger坚持认为自己是一个普通人,上学时成绩一般,也没有拿过奖学金;靠不要工资才申请到第一份科研工作;其一生所做课题屈指可数,发表论文总数不过百篇,被称为“不喜欢发paper的科学家”;但与Sanger共同工作过的同事及其弟子中多人获得了诺贝尔奖,可见真正伟大的科学家不是靠论文数量和影响因子体现的。 

Sanger发明DNA测序的方法也是建立在许多前人伟大的科学发现之上,包括获得1962年诺贝尔生理与医学奖的DNA双螺旋结构(Francis Crick, James Watson和Maurice Wilkins)及1968年获得诺贝尔生理与医学奖的DNA密码子的发现(Robert Holley, Har Gobind Khorana和Marshall W. Nirenberg)。正是这些科学研究带来的伟大发现,才使我们在新冠疫情面前,有更多的“武器”去发现、检测、预防及治疗病毒感染对我们健康和生命带来的威胁。




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