绿色荧光蛋白的前世今生

☉鬼谷藏龙

绿色荧光蛋白让水母发出绿光

故事还要从美国西北部的海岸说起，每年夏天，这里就会出现许多水晶水母。当这些水母受到惊吓的时候，它们就会发出一圈淡淡的绿色荧光。

这些迷人的水母引起了一位科学家的注意，他叫下村修。

水母为什么会发光呢？

从20 世纪60 年代开始，下村修每年夏天都会驱车跨越整个美国来此捞水晶水母。

经过多年努力，下村修终于从几万只水母体内提炼出了几种关键的发光蛋白，其中一种叫作“绿色荧光蛋白”，正是这种蛋白质让水母发出了幽幽的绿光。

他发现这是一种在生物中罕见的可以独立发光的蛋白质，只可惜限于当时的技术条件，下村修在将这种蛋白质的理化性质研究透彻之后便只得将其束之高阁。那时的他还不知道，他所发现的这种蛋白质将会在几十年后带来一场轰轰烈烈的生命科学革命。

但本文的主角并不是下村修，而是十多年后第一个站出来用绿色荧光蛋白敲击新时代大门的道格拉斯·普瑞舍。

道格拉斯·普瑞舍

从20 世纪80 年代开始，基因工程逐渐在生命科学领域崭露头角，而普瑞舍率先嗅到绿色荧光蛋白在这轮风口中的强大潜能。他想到如果通过一些技术手段把绿色荧光蛋白“拴”在细胞内的其他蛋白质上，就相当于给这些蛋白质打上了“正道的光”，从此这些蛋白质在细胞内的一举一动都将无所遁形，而这将成为人类史上第一种可以精确观测蛋白质活动的技术。

但是，普瑞舍性格内向，不善言辞，申请科研经费时处处碰壁。

一直到1988 年，他好不容易从美国癌症协会那里申请到20 万美元的科研经费，这才得以放手一搏。

普瑞舍要实现用绿色荧光蛋白修饰其他蛋白质的目标，第一步就是找到编码绿色荧光蛋白的基因。

在20 世纪80 年代，分子生物学尚处于萌芽阶段，做相关实验不但费时费力，而且花费极大。

普瑞舍要寻找绿色荧光蛋白的基因，唯一的办法就是向下村修学习——去美国西海岸拼命抓水母。

当时的普瑞舍没有终身教职，身边并没有多少学生助手，许多操作都得亲力亲为。即便如此，他还是在解剖了大量的水晶水母后，提取出了其中编码绿色荧光蛋白的基因。

从事后诸葛亮的角度来看，他的工作意义重大，因为在那之后不久，美国西海岸的水晶水母不知为何数量锐减。如果没有他及时提取水母的荧光蛋白基因，人类或许会在之后很长时间里都和这一生命科学史上十分重要的工具失之交臂。

但是，到这一步，普瑞舍的体力和意志都已经濒临极限。

没有终身教职的他收入微薄，工作繁重，而且把绿色荧光蛋白“拴”在其他蛋白质上的目标又是那么遥不可及。

更棘手的是，他那20 万美元的研究经费就快见底了。

最终在1991 年，普瑞舍那20 万美元的科研经费彻底花光了，而他无论是申请更多经费还是申请终身教职均以失败告终，不得不彻底放弃对绿色荧光蛋白的研究。

不过普瑞舍在放弃前，将他这些年的科研经历写成一篇论文。虽然这篇论文被后人称为“科学史上最悲壮的论文”，但他的工作早已成功引起了两位大科学家的注意。

马丁·查尔菲和钱永健先后致信普瑞舍，求借他所提取的绿色荧光蛋白基因。普瑞舍便将自己苦心提取的绿色荧光蛋白基因送给了他们。

后来，查尔菲实验室的一名研究生采用当时新发明不久的PCR（聚合酶链式反应）技术在两年时间内迅速完成了普瑞舍未竟的事业，成功把绿色荧光蛋白表达在线虫体内。

之所以我们今天能看到十分漂亮的细胞图片，而且各种细胞结构能够纤毫毕现，绿色荧光蛋白发挥了重要作用。

如果说查尔菲接力普瑞舍开启了新的大门，那么钱永健则无疑是让人们看清了这扇门的背后有着多么色彩斑斓的世界。钱永键的实验室更进一步——通过一系列基因改造，将“绿色荧光蛋白”变成了“五颜六色的荧光蛋白”。

从此，荧光蛋白从一种颜色变成可以让人随心所欲调配的“调色盘”，理论上只要将多种不同色彩的荧光蛋白以不同比例互相混合，就能调出成千上万种色彩。比如，在2007 年发明的一种叫作“彩虹脑”的技术，就借助这个思路，给脑中每一个神经元都随机染上不同的色彩，一举让脑中每一根神经纤维都清晰可辨，加快了神经科学研究的进程。

2008 年，诺贝尔化学奖被授予下村修、查尔菲与钱永健3 位科学家，以表彰他们在绿色荧光蛋白研究方面的贡献。在记者招待会上，查尔菲与钱永健都对普瑞舍当年的贡献赞不绝口，若非当年普瑞舍被迫中途放弃自己的研究，今天的奖章至少得有他的一半。甚至单单考虑他已完成的工作，他也是离诺贝尔奖只有一线之隔的“第四大功臣”。然而在这独属于荧光蛋白的时刻，我们的普瑞舍，那个本该捧起诺贝尔奖的伟大科学家却在开班车。

2008 年诺贝尔化学奖获得者（从左至右)：下村修、马丁·查尔菲、钱永健

原来，普瑞舍放弃对绿色荧光蛋白的研究后，十几年里他几经辗转，好不容易在政府部门谋了一份差使，结果横生枝节，又成了无业游民。最后他不得不去车行打工，当班车司机，靠着一小时8.5 美元的工资勉强为生。

好在当钱永健听说这样一个大功臣居然沦落至此的时候，将其聘请到自己的实验室继续从事科研工作。

在今天，科技已经越来越成为一种系统工程，任何突破都是无数人为之努力的结果。他们中有功成名就者，就必有功亏一篑者，虽然成败不过在一线之间，但这背后所付出的努力与智慧未必相差太远。因此，无论是屹立顶峰、熠熠生辉的群星，还是像普瑞舍这样在黑暗中默默耕耘的无名英雄，他们同样是在为人类的科技殿堂添砖加瓦，都值得我们敬仰与铭记。