教科書之外

在不疑處有疑,然後呢?

憑著自己的功力與膽識,再加上研究助理認真工作,凱恩茲挑戰諾貝爾獎得主的研究。

撰文/周成功、插圖/陳文盛

教科書之外

在不疑處有疑,然後呢?

憑著自己的功力與膽識,再加上研究助理認真工作,凱恩茲挑戰諾貝爾獎得主的研究。

撰文/周成功、插圖/陳文盛


40歲出頭、研究生涯處於高峰的英國生化學家凱恩茲(John Cairns)正在煩惱:諾貝爾獎得主孔伯格(Arthur Kornberg)找到的DNA聚合酶,真的負責DNA複製嗎?


1953年DNA雙螺旋結構發現後,大家開始了解遺傳資訊是儲存在DNA的鹼基序列中。當細胞分裂時,雙股DNA先分開,然後以各別單股DNA為模板,製作出對應的DNA。要證明DNA的這種複製方式,就必須先找到可以催化以DNA為模板、合成對應DNA的酶。1958年美國史丹佛大學的孔伯格發表論文,證實了細菌中DNA聚合酶的存在。次年10月,孔伯格因為發現DNA合成的機制,和歐喬亞(Severo Ochoa)共同獲得諾貝爾生醫獎。


孔伯格找到的DNA聚合酶真的在細胞中負責DNA複製嗎?為何有此一問?原來凱恩茲在1963年用放射性顯影技術看到大腸桿菌有一條長約0.1公分的環狀DNA,由一個起點開始(他誤以為是單向)進行複製。這條DNA大約有400萬個鹼基對,兩個方向同時進行,大約40分鐘可以完成複製。簡單的算術:單方向DNA複製的聚合酶,每秒要接合833個去氧核?酸(4000000÷2÷40÷60)才行。但是孔伯格找到的酵素每秒鐘只能接合10~20個去氧核苷酸。太慢了!細胞中還存在另一種未知、能高速複製DNA的酶嗎?


凱恩茲的懷疑十分合理。問題是怎麼證明?如果能找到一個正常分裂的細菌,但測不到孔伯格這酵素的活性,不就行了?怎麼找出這樣的細菌呢?由於不知道少了這酵素的細菌有何特性,最笨的方法就是一個個檢查突變劑處理過的細菌,看能否找到一個沒有這酵素活性的突變細菌。


該找誰來執行這個實驗?研究生顯然不是選項。研究助理呢?凱恩茲在美國冷泉港的實驗室正好有這樣一位人選:忠心又認真工作的助理迪路西亞(Paula De Lucia)。美麗的迪路西亞接下了這個挑戰:把細菌接種在培養皿上,挑出單個菌落、打碎,並測試酵素的活性。當她分析到第3478個菌落時,Bingo!這個菌落幾乎測不到該酵素的活性,但仍能快速分裂,唯一的缺陷是對紫外光特別敏感。


至此真相大白,孔伯格發現的酵素在細菌中的角色是負責DNA修補而非複製。凱恩茲該怎麼酬謝迪路西亞的貢獻?他的同事葛羅斯(Julian Gross)說,何不把這個突變命名為polA?英文唸起來和迪路西亞的名字寶拉(Paula)一樣!從此孔伯格的酵素稱為DNA聚合酶I(Pol I),PolI的基因就叫polA。凱恩茲這個polA基因突變的細菌,後來讓孔伯格的兒子湯瑪斯(Thomas Kornberg)找出了在細菌中真正負責DNA複製的DNA聚合酶III(Pol III)。


胡適曾經說過:「做學問要在不疑處有疑。」從事科學研究的人要身體力行這句話,卻不是一件簡單的事。首先要有那個功力和膽識,尤其當懷疑的學問出自諾貝爾獎得主之手。其次,光有疑不夠,還要有解決之道。而解決之道不必然要有多大的創意!凱恩茲為這句話下了最佳的註腳。


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