錢永健簡介
華裔化學家,美國科學院院士、醫(yī)學院院士,美國加州大學圣迭戈分;瘜W及藥理學兩系教授,中國著名科學家錢學森的堂侄。
境外媒體報道,錢永健與哈佛大學的利伯有望奪得2008年度諾貝爾化學獎,他發(fā)明多色瑩光蛋白標記技術(shù),為細胞生物學和神經(jīng)生物學發(fā)展帶來一場革命。
姓名:錢永健
英文:Roger Tsien,羅杰錢
性別:男
出生:1952年
生于:紐約
國籍:美國
祖籍:中國浙江杭州
堂叔:錢學森,中國導彈之父
哥哥:錢永佑(Richard Tsien),斯坦福大學教授、曾任生理系主任
榮譽:
16歲即以金屬如何與硫氰酸鹽結(jié)合為題獲西屋科學天才獎 (The Westinghouse Science Talent)
20歲獲哈佛大學學士(化學和物理,Witha National Merit Scholarship)
劍橋大學博士及博士后(生理學)
曾獲沃爾夫獎(Wolf Prize in Medicine,2004),全美化學學會,蛋白質(zhì)學會等多項大獎
錢永健與生物發(fā)光現(xiàn)象研究
1994年,華裔美國科學家錢永。≧oger Y Tsien)開始改造GFP,有多項發(fā)現(xiàn)。 世界上用的大多數(shù)是錢永健實驗室改造后的變種,有的熒光更強,有的黃色、藍色,有的可激活、可變色。到一些不常用做研究模式的生物體內(nèi)找有顏色的蛋白成為一些人的愛好,現(xiàn)象正如當年在嗜熱生物中找到以后應用廣泛的PCR用多聚酶后的一波浪潮。不過真發(fā)現(xiàn)的有用東西并不很多。成功的例子有俄國科學院生物有機化學研究所Sergey A. Lukyanov實驗室從珊瑚里發(fā)現(xiàn)其他熒光蛋白,包括紅色熒光蛋白。
生物發(fā)光現(xiàn)象,下村修和約翰森以前就有人研究。螢火蟲發(fā)熒光,是由熒光酶(luciferase)作為酶催化底物分子熒光素(luciferin),有化學反應如氧化,以后產(chǎn)生熒光。而蛋白質(zhì)本身發(fā)光,無需底物,起源是下村修和約翰森的研究。
下村修和約翰森用過幾種實驗動物,和本故事相關(guān)的是學名為Aequorea victoria的水母。1962年,下村修和約翰森等在《細胞和比較生理學雜志》上報道,他們分離純化了水母中發(fā)光蛋白水母素。據(jù)說下村修用水母提取發(fā)光蛋白時,有天下班要回家了,他把產(chǎn)物倒進水池里,臨出門前關(guān)燈后,依依不舍地回頭看了一眼水池,結(jié)果見水池閃閃發(fā)光。因為水池也接受養(yǎng)魚缸的水,他懷疑是魚缸成分影響水母素,不久他就確定鈣離子增強水母素發(fā)光。1963年,他們在《科學》雜志報道鈣和水母素發(fā)光的關(guān)系。其后Ridgway和Ashley 提出可以用水母素來檢測鈣濃度,創(chuàng)造了檢測鈣的新方法。鈣離子是生物體內(nèi)的重要信號分子,水母素成為第一個有空間分辨能力的鈣檢測方法,是目前仍用的方法之一。
1955年Davenport和Nicol發(fā)現(xiàn)水母可以發(fā)綠光,但不知其因。在1962 年下村修和約翰森在那篇純化水母素的文章中,有個注腳,說還發(fā)現(xiàn)了另一種蛋白,它在陽光下呈綠色、鎢絲下呈黃色、紫外光下發(fā)強烈綠色。其后他們仔細研究了其發(fā)光特性。1974年,他們純化到了這個蛋白,當時稱綠色蛋白、以后稱綠色熒光蛋白GFP。Morin和Hastings提出水母素和GFP之間可以發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。水母素在鈣刺激下發(fā)光,其能量可轉(zhuǎn)移到GFP,刺激GFP發(fā)光。這是物理化學中知道的熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)在生物中的發(fā)現(xiàn)。
下村修本人對GFP的應用前景不感興趣,也沒有意識到應用的重要性。他離開普林斯頓到 Woods Hole海洋研究所后,同事普臘石(Douglas Prasher)非常感興趣發(fā)明生物示蹤分子。1985年普臘石和日裔科學家Satoshi Inouye獨立根據(jù)蛋白質(zhì)順序拿到了水母素的基因(準確地說是cDNA)。1992年,普臘石拿到了GFP的基因。有了cDNA,一般生物學研究者就很好應用,比用蛋白質(zhì)方便多了。
普臘石1992年發(fā)表GFP的cDNA后,不做科學研究了。他申請美國國家科學基金時,評審者說沒有蛋白質(zhì)發(fā)光的先例,就是他找到了,也沒什么價值。一氣之下,他離開學術(shù)界去麻省空軍國民衛(wèi)隊基地,給農(nóng)業(yè)部動植物服務部工作。當時他如果花幾美元,就可以做一個一般研究生都能做,但是非常漂亮的工作:將水母的GFP基因放到其他生物體內(nèi),比如細菌里,看到熒光,就完全證明GFP本身可以發(fā)光,無需其它底物或者輔助分子。
將GFP表達到其它生物體這項工作,1994年由兩個實驗室獨立進行:美國哥倫比亞大學做線蟲的Marty Chalfie實驗室,和加州大學圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的兩位日裔科學家Inouye和Tsuji。
水母素和GFP都有重要的應用。但水母素仍是熒光酶的一種,它需要熒光素。而GFP蛋白質(zhì)本身發(fā)光,在原理上有重大突破。
Chalfie的文章立即引起轟動,很多生物學研究者紛紛將GFP引入自己的系統(tǒng)。在一個新系統(tǒng)表達GFP就能在《自然》、《科學》上發(fā)表文章,其實不過是跟風性質(zhì),沒有原創(chuàng)性。
縱觀整個過程,從1961年到1974年,下村修和約翰森的研究遙遙領(lǐng)先,而很少人注意。如果其他生化學家愿意,他們也可以得到水母素和GFP,技術(shù)并不特別難。在1974年以后,特別是八十年代后,后繼的工作,很多研究生都很容易做。其中例外是錢永健實驗室發(fā)現(xiàn)變種出現(xiàn)新顏色,并非顯而易見。
錢永健的工作
錢永健是和下村修研究相關(guān)的一位重要科學家。他在成像技術(shù)中,有兩項重要工作都與下村修有一定關(guān)系。
一項是鈣染料。1980年錢永健發(fā)明檢測鈣離子濃度的染料分子,1981年改進將染料引入細胞的方法,以后發(fā)明更多、更好的染料,被廣泛應用。檢測鈣的方法有三種:選擇性電極、水母素、鈣染料。在錢永健的鈣染料沒有出現(xiàn)以前,具有空間檢測能力的只有水母素,但當時水母素需要注射到細胞內(nèi),應用不方便,而錢永健的染料可以通透到細胞里面去。水母素和鈣染料各有優(yōu)缺點,目前用染料的人多。錢永健還發(fā)明了多種染料用于研究其他分子。
錢永健的第二項工作是GFP。1994年起,錢永健開始研究GFP,改進GFP的發(fā)光強度,發(fā)光顏色(發(fā)明變種,多種不同顏色),發(fā)明更多應用方法,闡明發(fā)光原理。世界上應用的FP,多半是他發(fā)明的變種。他的專利有很多人用,有公司銷售。
錢永健的工作,從八十年代一開始就引人矚目。他可能是世界上被邀請給學術(shù)報告最多的科學家,因為化學和生物都要聽他的報告,既有技術(shù)應用、也有一些很有趣的現(xiàn)象。他1952年出生,年齡允許等很多年(而80高齡的下村修沒有這個優(yōu)勢)。所以,錢永健多年被很多人認為會得諾貝爾獎,可以是化學、也可以是生理獎。必須指出,錢永健非?隙ㄏ麓逍薜墓ぷ,錢較早公開介紹下村修的發(fā)現(xiàn)。
錢永健是錢學森的堂侄。他家有很多科學家和工程師。他中學時獲得過美國西屋天才獎第一名,大學在哈佛念化學和物理,20歲畢業(yè),后在英國劍橋大學獲生理學博士。他的哥哥錢永佑(Richard W Tsien)是神經(jīng)生物學家,曾任Stanford大學生理系主任。兩兄弟分別獲Rhodes和Marshall學者獎(通常認為是美國大學生競爭性最強的兩個獎學金,克林頓總統(tǒng)曾獲Rhodes),到英國留學,九十年代雙雙成為美國科學院院士。錢學森回國后,國內(nèi)教育體系在他的子女應該上大學時受到極大破壞,使錢學森的子女錢永剛、錢永真沒有得到他們堂兄弟的發(fā)展環(huán)境。錢永剛出生于1948年,文革后才念大學。但愿錢永健在錢學森先生在世的時候獲獎,告慰他們?nèi)摇?/P>
我認識錢永佑,不認識錢永健。我在華盛頓大學有位同事,在神經(jīng)生物學和現(xiàn)代成像都用重要發(fā)現(xiàn)和發(fā)明,他要求很高,批判性很強,公開發(fā)表文章批熱門的領(lǐng)域、批很多人研究不解決問題。他也看不起一些諾貝爾獎得主。有一年剛宣布得獎名單,我到他辦公室去聊天,他沒等我開口,就說:“今天是不幸的一天”。他認為那些人沒一個值得得獎。這位批判性很強的人,卻非常佩服錢永健。