科学趣闻：听拉斯克奖获得者讲故事——Beginner`s luck
2015-09-18 佚名 生物谷
今年的拉斯克基础医学奖授予美国布莱根妇女医院的Stephen J. Elledge和美国罗格斯大学的Evelyn M. Witkin，以表彰他们在DNA损伤反应方面做出的杰出成果。 在最新一期的Cell杂志中，Evelyn M. Witkin讲述了她发现细菌SOS反应的有趣经历。以下是原文翻译： 新手的幸运 Evely
今年的拉斯克基础医学奖授予美国布莱根妇女医院的Stephen J. Elledge和美国罗格斯大学的Evelyn M. Witkin，以表彰他们在DNA损伤反应方面做出的杰出成果。
在最新一期的Cell杂志中，Evelyn M. Witkin讲述了她发现细菌SOS反应的有趣经历。以下是原文翻译：
新手的幸运
Evelyn M. Witkin
1944年6月5日，我在冷泉港实验室做的第一个实验发现了具有辐射抵抗特性的大肠杆菌突变种。那里就是细菌遗传学领域开始萌发的地方。我那时还是哥伦比亚大学的一名研究生，为了完成博士期间的课题，我才到冷泉港实验室去学习如何研究大肠杆菌。
我原本打算利用果蝇研究诱导基因突变的机制。随后在1943年，Luria和Delbruck建立了细菌也和其他生物一样有基因存在的概念。我当时对于将细菌用于遗传学研究所蕴含的巨大潜在价值感到非常兴奋，而我的导师，Theodosius Dobzhansky，也建议我将研究方向从果蝇转向大肠杆菌，于是我在冷泉港实验室度过了一个夏天，也为后来发生的一切做好了准备。
在那个夏天，我发现一群令人印象深刻的科学家们聚集在冷泉港，并且随处都有他们交谈的身影--餐桌旁，实验台旁，实验室内--他们一直讨论着关于噬菌体，细菌方面的最新工作进展以及细菌将会对遗传学发展带来的潜在影响。现在回头看看，我想我当时可能已经感觉到分子生物学领域将迎来一场新的变革。
我在冷泉港的第一天，Milislav Demerec博士，也就是实验室主任，亲手递给我一瓶长着大肠杆菌的培养基，然后指着一台紫外线杀菌灯对我说："去，诱导突变。"
我发现的突变菌株能够比它的亲代菌株多承受100次的UV或X射线照射，这一发现在当时的冷泉港引起了一些轰动。Salvador Luria, Max Delbruck以及Barbara McClintock，还有其他一些我在那个夏天里很荣幸见到的科学家们，看起来对我发现的突变菌株真的很感兴趣。很快，我得到了导师的许可，那株突变细菌就成为了我的Ph.D论文课题。
但实际上我发现的突变菌株并没有比大多数的野生型大肠杆菌菌株如K-12更加抵抗UV。反倒是冷泉港实验室碰巧使用那支亲代菌株，野生型菌株B，更加非同寻常--它对UV有着极端的敏感性。
菌株B为什么会对辐射如此敏感？我把B细菌暴露在UV照射之下，使用了一个能够杀死99%的细菌的剂量，随后将它们铺散在琼脂平板上，并在显微镜下进行周期性观察，答案就变得显而易见了。培养了三个小时之后，每个细胞都进行了生长，但是没有发生分裂，它们变成了一根是正常长度50到100倍的蛇状长丝，随后停止生长并发生死亡。丝状生长是致命的。
在相同的UV剂量之下，突变细菌会像未接受过辐射处理的对照细菌一样正常生长分裂，在3个小时内可以形成有50到100个细胞组成的小菌落。UV会引起Β菌株产生不可逆的细胞分裂停滞，但不会影响突变菌株，于是我将这支菌株命名为Β/r菌株。
Barbara McClintock建议我要在显微镜下研究我的细菌，这样能够更好地形成一种跨物种的同感，"要对你研究的生物产生感觉"，进而帮助你形成直觉。这是个很好的建议。
我在1947年从哥伦比亚大学获得了博士学位，之后就开始了我对UV导致突变形成的机制研究，并且在这个方向上进行了四十五年。但是我从来都没有丧失对丝状生长的兴趣，几年时间里我断断续续地抽时间在显微镜下看着那些UV敏感细菌在我眼前真实地生长，死亡。我开始在我的脑子里形成一副画面，开始的时候朦朦胧胧的，后来就越来越逼真，我好像看到了那些受到UV辐射之后至死亡之前的细胞它们内部发生的各种变化。
我注意到在保证50%细菌存活的低剂量UV照射下，所有受到辐射的细菌都会开始丝状生长，它们之中有大约一半会长成全长的丝状，并且再也无法恢复细胞分裂能力。而另外一半会在受到辐射之后的两到三个小时之间，达到全长之前在长丝的一端掐掉正常长度的细胞。到三个小时的时候，会在原来那个位置形成一个带有长长尾巴的小菌落。
在非常低的亚致死剂量UV暴露之后，大部分细菌在三个小时的时候都还没有表现出丝状生长的迹象，并会形成与未受辐射的对照细菌一样的小菌落。但当在更早的一到两个小时内对受到辐射的细菌进行检测，我们发现一小部分细菌（大约5%～10%）会在生长的小菌落上附着一个短短的尾巴，好像它们已经开始向丝状方向生长，但在很早期恢复了细胞分裂能力。
很显然，菌株B在受到UV照射之后，细胞分裂停滞的持续时间是剂量依赖的。我逐渐开始在我脑子里的YouTube中"看"到能够解释所有这些发现的剧本。大概是这样的：
1. UV辐射能够触发一种细胞分裂抑制性因子的合成。
2. 合成的抑制因子数目是UV剂量依赖的，随着UV剂量增加而增加。
3. 当一个细胞生长到它自身长度的两倍，就会在拉长的细胞中点位置形成一个分隔点，而这是正常的细胞分裂发生的位置。
4. 如果这个分隔点受到分裂抑制因子的结合，细胞分裂就不会发生。
5. 当分裂抑制因子达到一定的量，能够与三小时内形成的所有连续的分隔点结合，致命的丝状生长就会出现。
6.当所有的抑制因子都与分隔点结合，并且被有效地滴定，在生长着的长丝一端，细胞分裂又会继续。细胞分裂在下一个分隔点形成的位置继续。
那时候是上世纪四十年代，在Watson和Crick发现DNA结构之前，也在Monod和Jacob取得重大进展之前。时间行进到1967年，当我意识到λ前噬菌体的诱导与UV辐射后大肠杆菌Β的丝状生长之间存在大量惊人的相似性的时候，Luria发现了λ抑制因子在前噬菌体诱导过程中受到了破坏。我提出编码细胞分裂抑制因子的细菌基因，也可能是其他的细菌基因，可能受到类似λ抑制因子的其他抑制因子的调控以应答相同的诱导信号。
我相信将前噬菌体的诱导与UV诱导的丝状生长联系在一起是我在大约五年之后与Miroslav Radman同时发现大肠杆菌SOS应答机制之前迈出的重要一步。现在SOS应答机制中包含了超过40个DNA损伤诱导基因，这些基因都受到一个相同的抑制因子调控。总得来说，它们促进了基因的损伤修复以及损伤细胞和群体得生存和再生。
其中一个SOS基因叫做sfiA(sulA)，编码了一个细胞分裂抑制因子。我作为新手时的运气，B/r菌株中的突变似乎就是sfiA，如果使这个抑制因子失活，就可以抑制丝状生长增强细菌对UV的抵抗。
我被细菌变形为蛇的过程深深地迷住了，于是我花了二十几年的时间在显微镜下观察这一过程，或许正是因为如此我才从潜意识里做好了充分的准备提出了丝状生长与λ前噬菌体的共诱导性观点，对此我毫不怀疑。
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#拉斯克奖#
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很好的文章哦
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不错的视角，长见识了
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