正在阅读《DNA能够传递生物的性状》
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实验数据显示,耐性菌的出现是随机的。德尔布吕克利用卢里亚的数据建立起了数学模型,史上首次计算出了突变率(1943年)。利用物理学的方法论来分析生命的奥秘,这正可谓是德尔布吕克和卢里亚两人的胜利。之后,又有其他许多研究者紧跟他们的步伐,利用耐药性和X射线来研究大肠杆菌的突变。大肠杆菌和噬菌体也作为遗传学、分子生物学的模式生物被确定下来。

再来为大家介绍卢里亚的两项成就:其一,是预言了限制性核酸内切酶的存在;其二,是用电子显微镜拍摄了寄生在大肠杆菌上的噬菌体的照片。限制性核酸内切酶是切割DNA的酶,对于重组DNA技术而言是不可或缺的,也是分子生物学中必需的一种工具。电子显微镜1939年发明于德国。商用版本的电子显微镜正巧在卢里亚前往美国时上市,并在1941年被进口至美国。

在当年12月,受卢里亚委托拍摄了大肠杆菌和噬菌体的照片的,其实是托马斯·安德森。这张电子显微镜照片,后来成了找到证明DNA就是遗传物质的决定性证据的关键。

赫希的苦难

找到这一证据的,是本节的第三位主角,阿弗雷德·赫希。他在德尔布吕克与卢里亚携手之初(1940年)就和他们一起利用大肠杆菌和噬菌体开展研究。他也取得了不少成绩,其中让他声名鹊起的那项研究,直接揭示了DNA正是传递生命性状的遗传物质本身,这就是著名的“赫希–蔡斯实验”。

赫希在1950年赴任冷泉港实验室(也就是召开“夏令营”的地方),他对噬菌体的电子显微镜照片很感兴趣。受卢里亚委托拍摄大肠杆菌的安德森同时也是赫希的朋友。通过细致观察几张照片,赫希发现噬菌体的头部呈正二十面体形,头下有细细的外鞘,外鞘的底部有名为“刺突”的足状结构。

噬菌体看来会凭借刺突附着在大肠杆菌表面,然后将外鞘插在大肠杆菌的细胞膜上。在大肠杆菌表面,还能看到噬菌体的破损残骸。

赫希心想,难道说噬菌体是通过外鞘将头部的内容物送入大肠杆菌内侧,从而溶解大肠杆菌的吗?(实际上,之后人们也的确在外鞘的顶端发现了能够在细胞膜上开洞的酶)。如果真的是这样,那么噬菌体在复制时所需要的,就只有噬菌体头部所储存的“某种物质”了。

通过对噬菌体进行化学分析,可知它是由核酸(此处为DNA)和蛋白质构成的。噬菌体送入大肠杆菌之中,并进行自我复制时所必需的“某种物质”,应该就是DNA或蛋白质其中之一,或者两者皆是。想要确认这一点,就需要给噬菌体的DNA和蛋白质做标记(贴标签)加以区分。

赫希选择的是当时最新的技术,使用放射性同位素作为“示踪剂”(tracer)。放射性同位素,简单来说就是比普通的元素拥有更多中子的元素。中子多的元素中,有一些原子核并不稳定,会崩溃并释放出能量(辐射和热)。这也就是核电的原理。同位素在生物体内基本上也发挥着同样的作用。因此,用少量放射性同位素来替换生物分子中的原子,就能够检出微量的辐射,从而确定生物分子在生物体内的位置。

赫希想到可以用DNA内含有而蛋白质不含的元素磷(P),以及蛋白质内含有而DNA不含的硫(S)来做标记。不过其实也存在含有磷酸根的蛋白质(比较有名的有牛奶中的酪蛋白和卵黄磷蛋白)。针对这个实验,更加准确的说法是噬菌体的蛋白质不含磷。

赫希让当时自己指导的研究生玛莎·蔡斯担任助手,开始实验(这也是实验被称作“赫希–蔡斯实验”的原因)。磷的同位素32P和硫的同位素35S放入培养液中,没想到噬菌体很轻易地就将其吸收了。

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