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发现逆转录病毒的故事

京虎子 虎老师说 2023-10-13

mRNA疫苗的问世,形同一场分子病毒学的大科普,以至于很多毫无医学背景的人开口逆转录病毒闭口逆转录酶,只可惜他们的知识来源于那些立意不光明正大、小编的知识与理解又很成问题的网上文章,使得大比例的国人陷入阴谋论的思维模式。

 

这里就不做无谓的争辩,就讲讲发现逆转录病毒的故事。

 

故事要从一百多年前说起。

 

1.

 

1909年一天,纽约长岛的一位农民抱着一只母鸡,风尘仆仆地来到位于曼哈顿上城的洛克菲勒医学研究所。


 


从名字上就能看出,洛克菲勒研究所由当时富甲天下的洛克菲勒家族资助、于1901年成立的,这是是美国第一家生物医学研究所,参照的模板是1888年成立的法国巴斯德研究所和1891年成立的德国罗伯特·科赫研究所,成立之后变成为美国医学研究的中心。

 

美国的医学研究始于约翰·霍普金斯大学建校四杰之一威廉·韦尔奇(WilliamWelch),1875年韦尔奇获得哥伦比亚大学医学博士之后,赴德国进修两年,师从科赫等多位大师,回美后在纽约大学医学院建立了实验室,1884年成为约翰·霍普金斯医学院第一位教授,后来出任约翰·霍普金斯医学院第一位院长,并创建约翰·霍普金斯公共卫生学院。

 

到约翰·霍普金斯大学两年之内,韦尔奇收了16名弟子,他们被称为美国医学科研第一代人才,韦尔奇因此成为美国医学科研的开山祖师。

 

洛克菲勒研究所的第一任所长就是韦尔奇的弟子赛门·福勒克斯纳(Simon Flexner)。

 

话说那位农民抱着母鸡在洛克菲勒研究所里转了一圈,空空荡荡地居然没有见到一个人,才意识到这天是周末,原来科学家也要休息。这位农民不甘心白跑一趟,挨个敲门,好不容易有一间实验室门开来,开门的是一位刚刚步入中年的男人。

 

此人叫佩顿·劳斯(Peyton Rous),出生在约翰·霍普金斯大学所在地马里兰州巴尔的摩市,因此近水楼台先得月,大学和医学院都在约翰·霍普金斯大学读的,毕业后来到洛克菲勒研究所做医学研究。

 

劳斯放弃周末,在实验室做实验,冷不丁见到一位抱着一只鸡的农民,赶紧解释这里是医学研究所,卖农产品要去农贸市场。

 

农民摘帽致礼,指着母鸡右胸的一个肿块,说家里的这只母鸡长了个大肿块,他怕是传染病影响到其他鸡,去当地农业局求救,农业局也不知道是怎么回事,建议他来这里求助。

 

劳斯心想农业局也够糊涂的,我们又不是兽医,但看着那位农民一脸真诚,实在开不了口不好拒绝,便请农民进屋。

 

那位农民抱着母鸡进了玲琅满目都是试验仪器和设备的实验室,像刘姥姥进大观园一样,两只眼珠子不够使了。

 

劳斯把试验台收拾出一片地方了,请农民把母鸡放在试验台上,开始给母鸡做检查。 


 

到了这会儿,农民早把家里其余的鸡得同样的病的担心忘到九霄云外去了,看着科学家认真地检查他的鸡,突然觉得自己家这只鸡可能为医学研究做很大的贡献。

 

“先生,我的鸡究竟是什么病?”

 

劳斯充耳不闻,专心致志地给鸡做检查。

 

过了一会,劳斯抬起头来,告诉农民,您的鸡到底是什么疾病,他还要认真研究一下。

 

农民这才意识到科学不是想象的那么简单,便同意劳斯给鸡做个手术,把肿块切下来。

 

劳斯想了一下,认为自己没有兽医的本领,告诉农民,切掉肿块的话,首先要先把鸡头切下来。

 

农民觉得抱着一只没有头的鸡回去没有必要,便很有些遗憾地告辞离去了。

 

就这样消失在历史之中,连名字都没有留下。

 

2.

 

送走农民,劳斯拿出一把刀,砍断了鸡脖子,然后把死鸡放好,消毒之后,开胸取出肿块。

 

取出肿块后,劳斯先切下一片去做病理,发现是恶性的肉瘤。

 

当时对肿瘤的认识还很肤浅,劳斯的思路被那位农民的担忧所影响,也觉得这个恶性肿瘤有可能从一只鸡传给另外一只鸡?因此首先要解决是否会传染的问题。

 

劳斯想办法找到同一型号的母鸡,把肿瘤切下一块,移植到母鸡身上,几天后很激动地发现这只母鸡也长肉瘤了。 


 

接下来劳斯希望找到传染源,既然能够传染,肯定存在着某种微生物。他先把肿瘤细胞过滤掉,发现还能够传染。接着用滤膜把细菌过滤掉,发现依然能够传染。于是,他认为传染源是病毒。

 

这时,病毒学还处于起步阶段,由于电子显微镜还没有出现,看不到病毒,只能采取排除法,根据病毒比细菌小的特性,靠过滤的办法,将细菌过滤掉,如果还具备传染性,就认为存在病毒。此外当时也没有确定病毒的寄生性,而是认为病毒和细菌一样,具有独自生存能力。

 

劳斯在母鸡中成功地将肉瘤传了好几代,成为第一个证明病毒能导致恶性肿瘤的人。1911年他把这个结果发表在洛克菲勒研究所的官方刊物《实验医学杂志》上。

 

可惜,劳斯的这个发现太超前了,当时医学界较为一致认为肿瘤是环境因素引起的,对他的发现,同行们认为或者他没有把肿瘤细胞过滤干净,或者长出来的根本不是肿瘤,加上劳斯在这个领域是个新人,根本没有人重复他的试验,搞得劳斯心灰意冷,离开肿瘤研究领域。

 

随着病毒学的兴起,劳斯的研究开始受到重视,从1926年开始就一直有人推荐他获得诺贝尔奖,但这个研究的价值一直没有受到重视。20世纪40年代电子显微镜发明后,劳斯发现的病毒即劳斯肉瘤病毒(RSV)在电镜下得到确认,1955年《病毒学》杂志创刊号上就重新登出劳斯的文章。

 

1961年,RSV被确定是RNA病毒。

 

1966年,时隔55年后,劳斯分享诺贝尔生理学和医学奖,他已经87岁了,是迄今获得诺贝尔生理学和医学奖最年长者。

 

劳斯靠活得长而获得诺贝尔奖,而RSV则是诺贝尔奖的宠儿,劳斯并不是唯一一个靠RSV获得诺贝尔奖的人。

 

3.

 

1955年,霍华德·特明(Howard Temin)大学毕业后,从宾州来到加州,成为加州理工学院罗纳托·杜尔贝科(RenatoDulbecco)门下的研究生,主修胚胎学,一年半后特明的兴趣变了,改为主攻动物病毒学。杜尔贝科实验室的研究方向是动物肿瘤病毒,这样一来,特明便接触到RSV,在研究中观察到RSV和被其感染细胞的基因组存在着密切关系。

 

1959年,特明获得博士学位后继续在杜尔贝科实验室做博士后。1960年,特明回到东部,受聘于威斯康星大学麦迪逊分校麦克阿德尔癌症研究实验室,职位是病毒学家。 


 

这是一个很冷门的领域,因为到了这个时候,癌症和病毒被认为是不相关的,不仅如此,特明来到麦迪逊后,发现分配给他的实验室位于一个看上去要倒塌的建筑物的地下室,而且空空如也,他的办公室更是看上去就是个壁橱。特明只好先借用朋友在伊利诺斯大学的实验室继续RSV研究,等实验室准备好了才在麦迪逊安顿下来。

 

特明一根筋底地研究RSV,很快就面临难题了,是RNA病毒,不是DNA病毒,其他肿瘤病毒也是RNA病毒,当时科学界主流认为是DNA到RNA,再到蛋白质,那么RSV病毒是怎么复制的?

 

特明提出“前病毒”的概念,他用能够抑制DNA表达的抗生素放线菌素D做实验,发现“前病毒”是DNA或者位于细胞DNA内,也就是说RSV有一个将RNA变成DNA的过程,然后再合成RNA,也就是逆转录过程。

 

特明在病毒学界属于无名之辈,他的逆转录概念很自然地被学界大佬们嗤之以鼻,视之为边陲学院的一个小人物的妄想。

 

特明的导师杜尔贝科也不怎么待见这个弟子,1962年杜尔贝科也离开加州理工学院,受聘新成立的索尔克生物科学研究所。当年分享诺贝尔生理学和医学奖的弗朗西斯·克里克是该研究所的创始人之一,DNA到RNA再到蛋白质的复制过程正是克里克所坚持的。

 

1965年,杜尔贝科招了一位独立研究员,此人就是后来提出自己的病毒分类法的戴维·巴尔的摩,时年27岁。

 

4.

 

巴尔的摩来自纽约,他和特明一样是犹太人,而且都毕业于斯沃斯莫尔学院,但比特明晚5年,两人在斯沃斯莫尔学院没有交集,在攻读博士期间和毕业之后,巴尔的摩先后在洛克菲勒研究所、麻省理工学院(MIT)、阿尔伯特、爱因斯坦医学院进行研究,主要集中在哦脊髓灰质炎病毒领域。

 

来到索尔克生物科学研究所后,巴尔的摩从事脊髓灰质炎病毒的RNA复制研究。

 

1967年,巴尔的摩招了一名博士后、比他小一岁的出生在南京的华裔女科学家黄诗厚(AliceHuang),黄诗厚和罗斯一样是铁杆约翰·霍普金斯,学士、硕士和博士都得自约翰·霍普金斯大学。

 

1968年,应即将获得诺贝尔生理学和医学奖的萨尔瓦多·卢里亚之邀,巴尔的摩返回MIT,就任微生物系副教授,黄诗厚随他一起来到MIH,两人于当年10月结婚,然后相濡以沫到如今。

 


 

在约翰·霍普金斯大学时,黄诗厚的研究重点在感染马、牛和猪的水疱性口炎病毒(VSV)上,这是单链RNA病毒,通过研究这种病毒,可以了解病毒复制。来到索尔克生物科学研究所,她在巴尔的摩实验室用VSV作为研究对象。

 

来到MIT后,他们发现这种病毒有依赖RNA的RNA聚合酶。之后黄诗厚依旧继续研究VSV,这种执着让她和诺贝尔奖失之交臂。

 

巴尔的摩则转而研究另外两种病毒,一是罗氏鼠白血病病毒,另一个就是劳斯肉瘤病毒(RSV)。

 

1970年,特明和巴尔的摩同时发现了逆转录酶,这一发现了彻底改写了病毒复制的教科书,之后这类病毒被称为逆转录病毒。

 

逆转录酶的发现是毫无争议的诺贝尔级成就,获奖的速度奇快,短短五年后的1975年,特明,巴尔的摩和特明的导师、巴尔的摩在索尔克生物科学研究所的老板杜尔贝科分享了当年的诺贝尔生理学和医学奖。黄诗厚则因为过于钟情于VSV而与诺贝尔奖擦身而过。

 

获得诺贝尔奖时,巴尔的摩只有37岁,特明也不过40岁,正是风华正茂的年纪。

 

而罗斯的病毒的历史还没有写完。

 

1979年,哈罗德·瓦慕斯(Harold Varmus)和迈克尔·毕晓普(Michael Bishop)在研究RSV时发现第一个逆转录病毒致癌基因,并因此于1989年分享诺贝尔生理学和医学奖。

 


 

就这样,1909年的一只病鸡,衍生出三次诺贝尔奖。

 

那位抱着家里病鸡走进洛克菲勒研究所的农民,至死也没想到,他会对现代医学做出如此巨大的贡献。


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