荧光标记氨基酸
2009年,钱学森堂侄、诺贝尔化学奖获得人之一的钱永健说:“我在美国出生、成长,我不太会说中文,我是美国科学家,这一点很确定,我不是中国科学家。”
身为钱老的堂侄,钱永健竟然说自己不是中国的科学家,这到底是怎么回事?
2008年,钱永健与美国马丁·沙尔菲、日本下村修两名科学家,以绿色荧光蛋白的研究共同获得该年度诺贝尔化学奖。
对此,瑞典皇家科学院公报给出了极高的评价,并且将绿色荧光蛋白的发现和改造与显微镜的发明相提并论。
消息传回国内,国人举国沸腾,大家都在为这个华裔而感到自豪,国内媒体也津津乐道他的中国血脉。
然而2009年,红极一时的钱永健获香港中文大学颁授荣誉理学博士学位、荣誉科学博士学位时,他接受众多采访表示:“我在美国出生、成长,我不太会说中文,我是美国科学家,这一点很确定,我不是中国科学家。中国的唐朝之所以强盛,主要是因为能够包容不同的文化,不局限于中国本土文化。”
随后他又不紧不慢地说:“举世闻名的德国科学家爱因斯坦也是到美国从事研究工作之后,才获得名声与肯定,古今中外,有许多华裔科学家在西方取得科学成就。学术研究无国界之分,不需要拘泥于血统。一个成功的科学家必出于一个开放的社会,自由的环境是培育科学家的要件。”
是的,钱永健生在美国,长在美国,他几乎是在外国度过的一生,除了中国血脉,他和中国丝毫沾不上边。
1939年,当时钱学森的堂弟钱学渠立志报国,在贵州担任飞机发动机厂总工程师,时任上校军衔。
但由于国民党官员贪污造飞机的资金,生逢乱世、报国无门的钱学渠在心灰意冷的情况下回到纽约。
1952年,钱学渠第三子钱永健,在美国纽约诞生。
钱家的祖先是吴越国太祖武肃王钱镠,到钱永健这一辈是第34世孙,因此钱永健拥有正统的中国血脉,而今又是书香门第,钱家一家人都十分显赫出众,满堂的高智商天才。
例如堂叔钱学森是“中国导弹之父”,父亲钱学榘是空气动力学专家,哥哥钱永佑是美国国家科学院院士。
而钱永健作为钱家人,儿时便展露出众的科学天赋,可由于患有哮喘,他不得不避在室外运动,因此他只能在地下室做化学实验,通常一做就是几个小时。有一次和哥哥做实验,他们引爆了自制的火药,把家中一张乒乓球桌给弄烧焦了,家差点都要没了。
正是具备天赋和兴趣,他在16岁那年,凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目,斩获美国“少年诺贝尔奖”之称的全国性奖项“西屋科学人才选拔赛”获一等奖。
20岁时,钱永健便获哈佛大学化学和物理学士学位,后到英国剑桥大学读研究生时,他发明出一种更好的染料,可追踪细胞内的钙水平。
愈发不可阻挡的钱永健又对绿色荧光蛋白产生了极大的兴趣,别人是用来观察,他却是想要通过改变其氨基酸排序,造出能吸收、发出不同颜色光的荧光蛋白。
1998年,钱永健当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士,通过与其他两位科学家的研究,2008年,凭借以绿色荧光蛋白的研究,他们共同斩获诺贝尔化学奖。
瑞典皇家科学院在公报上说:“这也正是研究人员今天能用不同的颜色标记不同的蛋白质、观察它们相互作用的原因。”
但他的成就远远不止于此。当今世界几乎所有的生命科学领域大奖都被钱永健囊括,他当今生命科学集大成的科学家,也是唯一一位华人沃尔夫奖和诺贝尔奖“双得主”。
虽然他生长在美国,所做的成就是通过美国而获取,他也从来不自称是中国人。但作为华裔科学家,钱永健说:“当然,我希望各个国家的年轻人都能受到激励,但我知道,中国人对此会尤其感到骄傲。”
钱永健成为不了中国科学家,但他希望他获奖可以激励中国的年轻人,这是他作为一名人类科学家的素质。
只可惜,2016年8月24日,钱永健在美国俄勒冈州一条自行车道上去世,享年64岁,至今死因不明。
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联合代谢物标记策略用于检测细菌指纹
本文来自微信公众号:X-MOLNews
近年来,随着对微生物与疾病之间关系的深入认识,对共生微生物的研究成为当前研究热点。考虑到微生物与疾病的密切关系,微生物的检测方法对于理解微生物与疾病之间的相互作用以及进一步疾病检测是必不可少的。目前,基因组测序、蛋白质质谱检测和荧光原位杂交技术是最常用的三种微生物检测技术。基因组测序和蛋白质质谱检测技术虽然具有高通量的优点,但成本高、操作复杂等缺点很大程度上阻碍了其广泛应用。值得注意的是,在病理诊断中得到广泛应用的荧光原位杂交技术虽然具有较高的敏感性和特异性,但由于操作复杂带来的假阴性结果也很大程度上限制了其应用。此外,单探针仅用于一种细菌的局限性也极大限制了其进行多菌分析和微生物群鉴定的能力。鉴于微生物与疾病的相互作用涉及到不同细菌种类的复杂关系,开发既可以识别特定的细菌种类,又可以识别不同微生物群的技术很有必要。
近日,武汉大学张先正教授(点击查看介绍)团队通过对三种不同的细菌代谢物进行荧光修饰,提出了一种用于检测细菌指纹的联合代谢标记策略。众所周知,不同细菌的代谢特征不同,导致不同种类的细菌会吸收不同的代谢物进行生物合成。基于此,他们利用修饰有不同荧光基团的代谢物来联合标记细菌,以区分特定的细菌物种。他们通过对三种代谢物D-氨基酸、N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰半乳糖胺分别进行了蓝色、绿色和红色荧光基团修饰。当细菌与这些荧光代谢衍生物共培养时,不同的细菌会结合不同的修饰代谢物,从而呈现出不同的红绿蓝(RGB)三色荧光,并产生不同的真彩图案,可以方便、有效地识别不同菌种甚至不同的菌群 (下图)。
此外,为了方便直观地观察细菌的荧光指纹,他们还利用3D打印技术制备了便携式光谱仪,通过智能手机上的应用软件可以直接读出RGB荧光值,并将其命名为微色系统。微色系统可以有效的从患有皮肤感染和菌血症等不同疾病的小鼠身上识别特定的菌种和微生物群(下图)。此外,他们通过对临床患者和健康人唾液样本的微生物菌群指纹图谱分析,证明该系统能够准确区分口腔鳞状细胞癌与癌前病变状态。将微色系统与其他临床技术相结合,对研究宿主-微生物相互作用和疾病诊断具有重要意义。
这一成果近期发表在Chemical Science 上,文章的第一作者是武汉大学博士研究生洪胜和郑迪威。
An RGB-emitting molecular cocktail for the detection of bacterial fingerprints
Sheng Hong, Di-Wei Zheng, Qiu-Ling Zhang, Wei-Wei Deng, Wen-Fang Song, Si-Xue Cheng, Zhi-Jun Sun, Xian-Zheng Zhang
Chem. Sci., 2020, 11, 4403-4409, DOI: 10.1039/D0SC01704C
导师介绍
张先正
https://www.x-mol.com/university/faculty/13628
联合代谢物标记策略用于检测细菌指纹
有哪些看似离生活很遥远但很必要的科学研究?
看到这个问题,我居然脑中马上冒出了一堆答案…..而这一堆答案,都可以归属于一个名词范畴——基础研究(basic research),当然,与之对应的还有一个名词——应用性研究(applied research)
为什么这么说呢?想当年,我博士一毕业就去了企业,一个最主要的原因,就在于我不想继续做基础研究。而之所以不想继续做基础研究的原因,就是因为,它们往往离我们生活太远了,我甚至都无法让我爸妈理解,我博士期间盯着一个蛾子研究了 4 年,还维持很兴奋,到底是为了什么……
那基础研究和应用性研究有什么区别呢?如果粗暴一点总结,大部分基础研究的出发点是为了填补人类对未知世界的认知,而应用性研究的出发点,是为了解决人类的某一种具体的需求。这就是为什么通常企业都只做应用型研究,而基础研究往往主要是在高校和科研机构中开展。
这么一看,是不是就明白了,为什么已看到题目,我脑子马上蹦出了基础研究这个词。但是,虽然从现实层面来看,应用性研究好像确实更有价值,但是!我可以很负责任的告诉你,现在很多应用性研究的底子,都是从数十年前的基础研究中来的,甚至可以说,没有基础研究,就不会有应用性研究。
下面就到了讲故事时间了,作为一个生物人,当然要给大家提一提,绿色荧光蛋白 (Green fluorescent protein:GFP)和水母的故事。
1962 年,一个神奇的现象,引起了日本研究人员下村脩的兴趣,为什么有一种水母(维多利亚多管发光水母(Aequorea victoria))会在晚上发光?随后,在他的推动下,他的团队在水母体内发现了冷光蛋白质水母素与绿色萤光蛋白,以及编码它们的基因。绿色萤光蛋白是一个由约 238 个氨基酸组成的蛋白质,从蓝光到紫外线都能使其激发,发出绿色萤光。整个发光过程,需要这两种蛋白的配合,且这个冷光蛋白质与钙离子(Ca2+)可产生交互作用。
谁能料到,就这样一个在当时看上去平淡无奇,离我们生活很远,甚至在中途因为无法获取足够得研究经费一度被放弃的研究,却在其它研究学者的持续改良下,在几十年后彻底重新定义荧光显微镜,并且被做成了经典的分子生物学追踪体系,让很多的研究得到了极大的推动。
比如把绿色萤光蛋白基因克隆到其它模式生物上进行表达,由于其发光的特性,常被用做报导基因(reporter gene),可以帮助研究人员对含有特定成分的细胞在体内进行追踪,比如我们想要了解神经系统的发育途径,就可以通过大脑中出现荧光的顺序来获取信息。而这些应用性研究的结论,又最终被用在医学上,使我们人类在日常生活中获益,所谓天道轮回,有没有感觉到很神奇?
当然,2008 年 10 月 8 日,发现 GFP 的下村脩、后期改良 GFP 的美国科学家马丁·查尔菲和钱永健也因此,在 2008 年获得了当年的诺贝尔化学奖。
当然类似的科学研究还有很多,比如当年花费 30 亿美金,由 6 国科学家共同参与,与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划齐名的人类基因组计划,在当时看来,无疑是跟大众的生活是毫不相干的研究,却在今天与我们每个人息息相关。
比如,通过基因组比对,我们真的发现有一些突变与疾病的产生有相当的关联性,一些完全不抽烟,但患肺癌基因风险较高的人群,肺癌的患病率却比有些基因风险较低的重度烟民高出 40%。
而现在的基因测序成本,已经降低到全民都可以接受的程度,那么,如果我们每个人从一出生就获得了自己的基因组数据,是不是就可以根据自己基因层面的风险,从小就开始针对性的注意自己的生活饮食习惯,从而极大的降低未来的患病概率呢?
人均 120 岁的目标,说不定真的能在 21 世纪实现!
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