“史上最悲壮论文”，班车司机与诺贝尔奖

作者：张馨予

“科学有时很残酷。对于Douglas Prasher来说，在卖车行打一份一小时挣10美元的工，与获得诺贝尔奖及其带来的荣耀和120万美金，只有一线之差。”

——Dr. Marc Zimmer, “Illuminating Disease: An Introduction to Green Fluorescent Proteins”

每年六、七月份，在美国西北太平洋海岸边，都会出现成千上万的水晶水母。它们直径不超过10厘米，没有头，没有有毒的触角，全身都是透明的，在海水中摇曳着。当受到惊扰的时候，它们会在伞型身体的下缘发出一束束绿光。夏天一过它们又全都消失。日出日落，潮涨潮退，年复一年，周而复始，好像从远古到永远，都不会改变。

直到二十世纪六十年代初的一个夏天，几个长杆捞网突然划破海面的平静，开始一网一网地捕捞水晶水母。

在此后的三十多年里，水晶水母（学名叫维多利亚多管发光水母）的绿色萤光的奥秘被一点一点发现。

绿色萤光蛋白（GFP）的发现和应用成为生命科学革命性的里程碑，而以GFP及其它荧光蛋白为基础的现代分子成像技术成为生物医药科研的不可缺少的工具，被誉为二十一世纪的显微镜。GFP的光辉照亮了世界的每个角落，彻底改变了人类对疾病的认知过程。

GFP的发现和普及过程跌宕起伏，涉及四个实验室和六个关键人物，其中三人因此获得诺贝尔化学奖。GFP的历史在以前多有介绍，包括饶毅老师于2008年发表的博客 [1]，其中描述最为翔实的是Marc Zimmer教授于2015年出版的新书 [3]。绿色萤光蛋白的故事仍值得我们一遍又一遍地重温和回味。

下村修的假说

那些长杆捞网的主人是在美工作的日裔学者下村修（Osamu Shimomura）和他的实验室老板Frank Johnson，及实验室其他成员。

下村修出生于1928年，从小在日本和中国长大。当第二颗原子弹爆炸在长崎时，当时年仅16岁的下村修正在附近的军工厂工作。他目睹了闪光和巨大的蘑菇状烟云。他在黑色的雨中跑回家，到家时身上的白衬衣已变成灰色。

下村修在1960年应邀并凭借着福布莱特奖学金到美国普林斯顿大学做访问学者。他先在普林斯顿大学工作22年，后又在伍兹霍尔海洋研究所做科研。他一直对生物发光感兴趣。为什么水晶水母可以发绿光是他孜孜不倦不舍不弃想要回答的问题。

在将近20年的时间里，每年夏季他和家人从东海岸一路开车到西海岸，在华盛顿大学的“星期五港”实验室外的栈桥上大批大批地捕捞水晶水母。回到实验室，他又忙着把水母的伞盖下缘切下来，不厌其烦地分离和分析各种成分。剪切，挤压，过滤，搅拌，沉淀……

几十次实验和数万只水母之后，下村修终于弄清楚了绿色荧光的奥秘：

水母有两个发光蛋白，第一个他命名为水母素（aequorin），是一个荧光素酶，在碰到钙离子时会发出蓝光 [4]。第二个就是绿色荧光蛋白或GFP。水母素发出的蓝光作为能量会传给GFP，激发出绿色荧光。但GFP的含量在水母中远低于水母素，从水母中提取GFP更加耗时耗力。

“史上最悲壮论文”，班车司机与诺贝尔奖

下村修用来切水母伞体下缘的机器，由他当时的老板Frank Johnson设计（图源：参考资料[2]）

水母素的发现导致了两篇重要的论文发表 [5, 6]。水母素被作为钙离子的传感器注射到藤壶的肌肉细胞和乌贼的神经细胞里，当肌肉收缩时或是神经细胞放电时，科研人员第一次在细胞里清楚地看到了明亮的蓝色闪光。

科学界意识到了发光蛋白的可能应用，但每一篇论文虽然只需要几毫克的水母素，却需要几万只水母来提炼。这种昂贵的技术注定无法普及。

下村修当时只对水母素蛋白感兴趣，而并不在意GFP。他提出了一个假说：GFP蛋白仅靠它自己不能发荧光，需要水母体内的酶加工才会变成荧光蛋白。

如果这个假说成立，GFP在生物科研中用处就不大了，因为它在其它生物个体中无法独立发光。但遗憾的是，该假说当时被普遍接受，对以后GFP的研发有着深远的负面影响。再加上GFP蛋白提取困难，在随后的20多年里，GFP的科研几乎没有任何进展。

史上最悲壮论文

故事中的第二个人物是比下村修小23岁的Douglas Prasher博士。Prasher在乔治亚大学的MiltonCormier实验室作博士后时候，和其他成员成功地从水母中找到并克隆了水母素的基因，并用该基因在大肠杆菌了表达了水母素蛋白。