照亮生物學的小小蛋白質:錢永健與綠色螢光蛋白

作者 | 發布日期 2016 年 09 月 24 日 0:00 | 分類 名人堂 , 生物科技 , 科技教育 follow us in feedly

在 2008 年以綠色螢光蛋白研究獲得諾貝爾化學獎的美國華裔生物化學家錢永健(Roger Yonchien Tsien),在 8 月 24 日於美國俄勒岡州辭世,享壽 64 歲。他的研究成果如今早已是生物學研究者不可或缺的研究工具。



錢永健的綠色螢光蛋白研究(green fluorescent protein,GFP)主要在他擔任加州大學聖地亞哥分校醫學院藥理學以及生化學教授時完成,將螢光蛋白的結構和其他蛋白質融合,使得本身難以被觀察的蛋白質能夠因此發出綠色螢光,讓研究者得以用綠色螢光追蹤觀察特定蛋白質在細胞內的數量、分布、移動、代謝等生化特性。

下載自路透 Two transgenic pigs are irradiated under ultraviolet radiation showing their green fluorescence protein (GFP) feature at a hogpen in Harbin, northeast China

(Source:達志影像)

錢永健博士的螢光蛋白研究與美國伍茲霍爾海洋研究所名譽教授下村脩(Osamu Shimomura)博士及哥倫比亞大學生物學教授馬丁‧查爾菲(Martin Chalfie)博士共同合作完成,自此之後,全世界所有生物化學相關研究受益於此,蛋白質研究過程變得更加快速而精確,使得這項研究的作者們享譽國際,獲得包含諾貝爾獎在內的眾多榮譽及獎項,使科學的進展向前一大步。

下村脩博士首先在維多利亞多管發光水母中,發現照射紫外光後能夠發光的關鍵蛋白質,在後來便是世人所熟知的綠色螢光蛋白。之後馬丁‧查爾菲博士認為這個蛋白質或許能夠做為生物標記來使用。而錢永健博士則結合了他在生物及化學方面的技術與知識,讓綠色螢光蛋白所發出的光線更強更穩定。接著,錢永健博士創造了一系列各種顏色的螢光蛋白,這些各色的螢光蛋白現在成為了研究中用來同時追蹤細胞內蛋白質狀況的重要工具。

FLICKR Umberto Salvagnin

(Source:Flickr/Umberto Salvagnin CC BY 2.0)

錢永健博士曾經表示,自己總是受到色彩的吸引,添加色彩讓研究過程變得更有趣得多,在不順遂時能夠讓人覺得好一些。如果出生就是色盲,從沒見過色彩的話,他或許就不會如此著迷於這項研究。

他將自己的研究成果形容像是在細胞中建立並訓練間諜分子,這些分子會進入到細胞或者器官中,接著在細胞存活的狀態下,回報細胞中的生化情形讓我們知曉。這項研究改變了從前科學家看待細胞生物學等生物學相關領域的視野,大大提升了研究的精確度及效率,重要性不言可喻,也讓參與研究的 3 位科學家獲得諾貝爾獎殊榮。

但錢永健博士並沒有因為獲得諾貝爾獎殊榮而滿足,他希望他的研究能拓展到臨床相關運用上,於是和更多研究者合作。由於外科醫師在進行手術移除腫瘤時,需要知道病人神經確切的位置在哪裡,僅僅依靠統計的圖表而忽略病患之間的個體差異,會造成嚴重的後果,醫生沒有辦法判斷病人的神經位置,就可能在手術過程中移除了本來不該移除的神經。於是,在與聖地牙哥加大醫院頭頸外科醫師 Quyen T. Nguyen 博士的合作之下,錢永健博士研發出以注射螢光胜肽鏈,使原先難以觀察的末梢神經能夠發出螢光,讓外科醫師得以在移除受損或者癌化組織手術的過程中,能夠避開這些周圍神經細胞。

 

螢光染劑有助觀察腦細胞

除此之外,做為美國霍華德‧休斯醫學研究所中一名傑出的研究者,錢永健博士打算研發更好的技術讓癌症得以用視覺化方式觀察,或者研發更好的技術來治療癌症。他和其他研究者合作設計了能夠攜帶顯像分子(imaging molecules)或化療藥物的 U 型胜肽,使分子及藥物能夠直接被送至癌化細胞處。

他的實驗室還創造了能夠呈現神經細胞膜電流狀態的新一代快速螢光染劑,讓腦中細胞活動及功能更容易被觀察。運用改良過的植物蛋白質,他們創造了新一種能在電子顯微鏡下觀察的基因標記,讓研究者能夠看見生物體內以前從來看不見的細節。

電子顯微鏡最大的優點是在於它比起光學顯微鏡擁有更高的空間解析度,放大倍數可達到光學顯微鏡的一百倍,得到的結果也更加精確。電子顯微鏡三維的視角下的待測物,其解析度是以 10 奈米左右為單位計算的,能夠更細緻的呈現細胞內部狀況。

錢永健在 1952 年出生於美國紐約市,是家中第 3 個兒子,父母親是第一代華裔移民。他在兒時便展現其科學天賦,8 歲時在筆記本上設計的化學實驗如今被保存於瑞典斯德哥爾摩諾貝爾博物館。他在 16 歲那年得到針對高中生設立的西屋科學獎(Westinghouse Science Talent), 進入哈佛大學之後,於 1972 年在物理及化學以最優等成績畢業,之後 1977 年在英國劍橋大學獲得生理學博士學位,畢業後曾經在劍橋大學擔任研究助理,也曾在加州大學柏克萊分校擔任助理教授,直到 1989 年進入加州大學聖地亞哥分校。

加州大學聖地亞哥分校校長室主任 Pradeep Khosla 表示:「錢永健教授是一位非常傑出的科學家,他寬容、慷慨而親切。錢永健教授謙虛地接受他所應得的每項榮譽,不斷拓展自身研究的範圍,為科學開創更多可能性。他是難以取代的少見的天才。」

錢永健博士的妻子 Wendy 將他形容成一位冒險家、一位探路者、自由翱翔的靈魂。他的重要特質是充滿勇氣、果決、具有創造力而且足智多謀。他已經完成了許多成就,並且讓他永遠不會被遺忘。

(首圖來源:達志影像) 

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