楊雪憶/編譯

錢永健（1952—2016）

楊雪憶/編譯

錢永健，彩虹熒光探針發(fā)明者，這一發(fā)明照亮了生物學(xué)界

錢永健（Roger Yonchien Tsien）——利用光和色彩來(lái)觀察和剖析活細(xì)胞的先鋒科學(xué)家，他在生物轉(zhuǎn)化方面取得的成就令人矚目。錢永健利用水母的綠色熒光蛋白（GFP)制作了彩虹探針，這種探針可以用來(lái)點(diǎn)亮活細(xì)胞結(jié)構(gòu)，闡明其功能。該發(fā)明讓他在2008年成為諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)人之一。

2016年8與24日，錢永健在俄勒岡家附近的公園內(nèi)突然死亡。他供職的加州大學(xué)圣迭戈分校校長(zhǎng)普拉迪普·科斯拉（Pradeep Khosla）對(duì)當(dāng)?shù)孛襟w說(shuō)，錢永健是在騎自行車時(shí)突然去世的，死因尚未確定。1952年，出生于紐約的錢永健似乎天生就與科學(xué)結(jié)下了不解之緣。他父親的堂兄是有著“中國(guó)導(dǎo)彈之父”之稱的錢學(xué)森。錢永健將他父親作為工程師的才華與護(hù)士母親對(duì)醫(yī)學(xué)的熱情進(jìn)行了完美的結(jié)合。

錢永健很小就對(duì)化學(xué)有著很大的熱情。盡管“永健”意為“永遠(yuǎn)健康”，但年幼時(shí)的錢永健就患有哮喘，常常只能待在室內(nèi)讀書畫畫。起初，小永健一直拒絕去幼兒園，直到幼兒園老師同意讓他把最喜歡的書——《關(guān)于化學(xué)的奇跡》（All about the Wonders of Chemistry）帶到學(xué)校他才愿意去。8歲時(shí)，錢永健開始在家中做復(fù)雜（甚至是危險(xiǎn)）的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。他當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)的記錄本如今珍藏在瑞典斯德哥爾摩的諾貝爾博物館中。16歲時(shí)，錢永健入讀馬薩諸塞州坎布里奇市的哈佛大學(xué)（特地避開了他父親、叔叔還有兄弟就讀的麻省理工學(xué)院）試聽了多門學(xué)科。諷刺的是，錢永健覺(jué)得化學(xué)課“非常討厭”，轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)神經(jīng)生物學(xué)。

畢業(yè)之后，錢永健去了英國(guó)劍橋大學(xué)生理實(shí)驗(yàn)室，并且一待就是9年。他一開始跟著著名的肌肉生理學(xué)家理查德·艾德里安(Richard Adrian)做博士研究，之后他繼續(xù)完成了博士后研究。隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，錢永健逐漸成長(zhǎng)為一個(gè)善于發(fā)明創(chuàng)造、自學(xué)成才的合成化學(xué)家。

錢永健的許多早期工作都與神經(jīng)活動(dòng)成像有關(guān)。他嘗試開發(fā)一種用來(lái)追蹤大腦信號(hào)的追蹤器，這種追蹤器通過(guò)跟蹤支持大腦信號(hào)的主要成分鈉或鈣離子來(lái)檢測(cè)大腦活動(dòng)。1980，錢永健發(fā)明了合成熒光材料——參莖（quin2）。這種染料可以選擇性地與鈣結(jié)合。除此之外，錢永健還想出了一種巧妙的辦法把參莖和探針塞進(jìn)完整的細(xì)胞內(nèi)。這種鈣搜索探針被廣泛地使用在探索鈣細(xì)胞內(nèi)部信號(hào)系統(tǒng)工作原理的研究中。

這樣一位橫跨若干個(gè)學(xué)科研究領(lǐng)域的錢教授竟然一直難以在大學(xué)內(nèi)找到一份合適的職位。1982年，錢永健加入了加州大學(xué)伯克利分校的生理學(xué)系，那里的同事鼓勵(lì)他創(chuàng)造更多的研究工具。于是，優(yōu)鈣染料，尤其是fura2進(jìn)入了他的視野。與鈣結(jié)合前后，fura2在不同波長(zhǎng)的紫外線照射下有很強(qiáng)的反應(yīng)。利用這一特點(diǎn)（以及相似的光學(xué)性能指標(biāo)），錢永健和他的研究團(tuán)隊(duì)讓研究人員對(duì)鈣的監(jiān)控變得更加容易，尤其是在比如只有一個(gè)細(xì)胞寬度這種困難條件下時(shí)。他的小組還制作出了鈉熒光傳感器和pH值熒光傳感器。

1989，由于資源約束，錢永健來(lái)到了加州大學(xué)圣迭戈分校，并在這里度過(guò)了他職業(yè)生涯的余生。錢永健想要為傳感器基因編碼，好讓研究人員不用注入追蹤器就能鎖定特定類型的細(xì)胞。20世紀(jì)90年代，錢永健看到了綠色熒光蛋白的潛力。20世紀(jì)60年代，下村修（Osamu Shimomura，2008年諾貝爾獎(jiǎng)聯(lián)合獲得者之一）已經(jīng)從水母中分離出了這種蛋白。1992年，道格拉斯·普瑞舍（Douglas Prasher）克隆了該蛋白。1994年，馬丁·查爾菲（Martin Chalfie，也是該諾貝爾獎(jiǎng)聯(lián)合獲得者）首次使用綠色熒光蛋白來(lái)為活細(xì)胞成像。

錢永健的實(shí)驗(yàn)室最先開發(fā)出了綠色熒光蛋白的變體。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和隨機(jī)突變的結(jié)合，錢永健的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了幾十種基于綠色熒光蛋白的顏色鮮艷的熒光蛋白。

在錢永健的眼中，熒光蛋白是一種有趣的工具。他利用二次基因工程的方式，改變熒光水母的蛋白結(jié)構(gòu)，并陸續(xù)開發(fā)出綠、紅、黃、藍(lán)等熒光。將不同顏色的熒光打入細(xì)胞之后，科學(xué)家可以觀察到細(xì)胞的成長(zhǎng)狀況，從而進(jìn)一步了解細(xì)胞傳遞的訊息。還有人打趣地說(shuō)，錢永健發(fā)現(xiàn)了色彩斑斕的熒光組合構(gòu)圖，看起來(lái)就像一幅“顯微鏡里的夏威夷”。

錢永健進(jìn)一步解釋，他讓細(xì)胞開始分裂時(shí)發(fā)出綠色熒光，停止分裂時(shí)則發(fā)出紅光，“就像紅綠燈一樣”。不同的顏色有助于科學(xué)家辨識(shí)基因的成長(zhǎng)過(guò)程，監(jiān)測(cè)細(xì)胞在不同生長(zhǎng)期間的表現(xiàn)。由于癌細(xì)胞會(huì)不斷分裂增生，所以有的發(fā)紅光、有的發(fā)綠光，糅在一起看起來(lái)就是黃色。透過(guò)不同顏色的熒光標(biāo)記，清楚地傳遞細(xì)胞訊息，成為現(xiàn)代分子生物學(xué)一項(xiàng)重大的發(fā)現(xiàn)。

隨后，錢永健利用紅色熒光蛋白制作了波長(zhǎng)較長(zhǎng)的傳感器?！俺司G色熒光之外，我還找到黃色、紅色等不同顏色的熒光，但是同一種顏色熒光的深淺程度不一，該如何命名才能清楚辨別，也是一大考驗(yàn)?！卞X永健說(shuō)，他靈機(jī)一動(dòng)，想到了小朋友使用不同顏色的蠟筆，決定用不同的水果名稱替同一種顏色、深淺程度各異的熒光命名，例如顏色偏暗的黃色熒光就叫“蜜瓜黃”，稍微成熟亮眼的就叫“香蕉黃”，黃中帶綠的顏色就叫“檸檬綠”，介于黃綠之間的就以“柑橘橙”命名。至于紅色熒光的命名就更“熱鬧”了，鮮紅色的叫“番茄紅”，較柔和的紅色叫“草莓紅”，紅中帶紫的顏色叫“櫻桃紅”，其余由淺至深的紅色熒光分別命名為“覆盆子紅”“葡萄紅”和“梅子紅”。

現(xiàn)在，綠色熒光蛋白變體在生物學(xué)研究中被廣泛使用。它們被用來(lái)結(jié)合和跟蹤癌細(xì)胞、輔助基因治療、圖像有絲分裂，還可以用來(lái)將神經(jīng)元染色和監(jiān)視亞細(xì)胞器（如線粒體）的信號(hào)。這些變體甚至還成為了藝術(shù)家們創(chuàng)作的靈感。

在加州大學(xué)圣迭戈分校期間，錢永健和他的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)出了其它若干光學(xué)探頭，包括響應(yīng)速度極快的、用來(lái)測(cè)量穿過(guò)細(xì)胞膜電子信號(hào)的傳感器，結(jié)合光與電子顯微鏡的蛋白跟蹤染料。最近幾年，錢教授的研究主要致力于兩個(gè)項(xiàng)目——癌癥手術(shù)中用來(lái)點(diǎn)亮腫瘤的熒光跟蹤劑和通過(guò)記錄大腦中神經(jīng)元周圍神經(jīng)網(wǎng)孔的模式來(lái)存儲(chǔ)長(zhǎng)期記憶的技術(shù)。

錢永健教授的人生軌跡十分令人尊敬，而他以發(fā)明試劑、探索新科學(xué)方法為生的職業(yè)生涯也似乎變成了人們崇尚的人生態(tài)度。他的一生取得了超過(guò)160項(xiàng)美國(guó)專利（大部分作為主要發(fā)明人）。他熱衷于參加其發(fā)明新工具的首次使用，也常?？犊靥峁┧l(fā)明的材料技術(shù)給其他科學(xué)家做科研。

利用他的發(fā)明，錢永健共聯(lián)合創(chuàng)立了3家生物技術(shù)公司。他半認(rèn)真半打趣地對(duì)他的妻子溫迪（Wendy）說(shuō)：“這些公司主要是為了讓他博士后畢業(yè)后有地方工作，造福人類什么的只是順便?！?/p>

除了科學(xué)家的身份之外，錢永健還是一個(gè)優(yōu)秀的鋼琴家和頗有天賦的業(yè)余攝影師。他對(duì)色彩和圖像充滿熱情，常常利用假日在野外跋涉并用鏡頭捕捉下美景。

錢永健和他對(duì)科學(xué)的共享將被家人、朋友、同事和廣大科學(xué)界同仁永遠(yuǎn)銘記與懷念。

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：絲 絲]