三.精巧的实验设计
实验的设计是很重要的一个环节,巧妙的实验设计能使科研事半功倍。在20世纪20-30 年代,染色体的遗传学已经趋于完备,突变体已经用可以Muller 发明的X 射线的办法分离出来,但是关于基因是如何影响表型的仍然是一个重要而尚未回答的问题。当时已经有了几种果蝇眼睛颜色的突变体,因此Beadle 等采取的方法是从突变体入手,看究竟是什么导致了果蝇眼睛颜色的不同。他们想出了一个巧妙的办法:将vermilion突变体的眼睛移植到cinnabar 突变体上或将cinnabar 突变体的眼睛移植到vermilion 突变体上,结果发现长在cinnabar 的vermilion眼睛是正常的,而长在vermilion 上的cinnabar 眼睛仍呈cinnabar色。因此他们推论基因可能影响了色素的合成,并且vermilion基因作用在cinnabar 的前面,才可能导致这种不对称的结果。因此他们就猜想突变体可能是由于代谢途径中某个酶的活性受到影响,进而导致色素合成异常。Beadle 在研究面包霉(Neurospo2ra) 时,采取了相反的方法,从代谢途径去找突变体,他们找到了一系列的营养缺陷型突变体。野生型是只需生物素就能存活的,而这些突变体需要在生物素中另外加入一种营养物质—氨基酸或是维他命—才能存活,因为它们自己不能合成。他们的工作为”one gene - - - one enzyme”理论的提出做了铺垫;需要指出的是,Beadle - tatum实验是forward genetics 的第一次实践,找准一个重要问题和一种合适的模式动物,再进行遗传筛选。这种思想同样贯穿于以后许多研究中,如Nusslein - Volhard 和Wi2eschaus 遗传筛选行为发生、Benzer 果蝇行为遗传筛选。
四.把握领先和创新点
研究基因而获诺贝尔奖的生物科学家中因研究遗传中心法则而获诺贝尔奖的就有11 位 ,这与当时生命科学的研究状况是分不开的。20 世纪50 年代,已经确定DNA是遗传物质, Crick 与Watson 提出了双螺旋结构,但DNA 和RNA的生物合成机制尚未阐明。围绕着DNA 和RNA 合成问题科学家进行了相关的科学研究。美国科学家Ochoa 和Kornberg 因发现DNA 和RNA 合成机制于1959 年同时获奖 。1968 年的诺贝尔奖则光顾了因在破解遗传密码中做出重大贡献的美国科学家Nirenberg , Khorana 和Holley ,在研究DNA 的复制机理以及病毒的遗传结构方面, Delbruk , Hershey 和Luria 做出突出贡献而获1969 年诺贝尔奖。Temin , Dulbecco 和Baltimore 因发现逆转录酶对遗传法则进行了修改和补充而获1975 年诺贝尔生理医学奖。除了研究中心法则而获诺贝尔奖的科学家较多外,研究基因表达调控的科学家获诺贝尔奖的科学家也有12 位。基因表达调控一直是分子生物学研究的热点。早期的科学家主要以细菌、链孢酶为材料,提出了“一个基因一个酶”理论(Beadle ,Tatum ,Lederberg) ,获得1958 年诺贝尔奖。1965 年法国科学家F. Jacob ,A. M. Lwoff 和J . Monod 共同提出著名的乳糖操纵子模型而获奖。而最近几年来真核生物的基因表达调控问题成为研究的热点,2001 年L. Hartwell , P. Nurse 和T.Hunt 因发现细胞周期的关键调节因子而获奖, 2002 年S.Brenner ,H. R. Horvitz 和J . E. Sulston 因发现器官发育和程序性细胞死亡过程的基因规则而获奖。从上述可以看出,这些科学家的选题都是围绕着当时生命科学研究的前沿性课题进行选题,研究结果具有原始创新性。科研人员的选题十分重要,选题时一定要注意课题的前沿性和创新性原则。科学研究贵在创新,简单重复前人结果不是科学研究,没有创新就没有科学的前进与发展。创新的首要环节是要抓好选题。邹承鲁积近半个世纪的科学实践和辛勤耕耘,总结出新研究课题必须遵循的“三原则”。即选题要体现出“重要性、可能性、现实性”。创新性又首先应该是在科学思想上,其次才是研究方法上。二者密不可分,没有科学思想上的创新,就谈不上研究方法上的创新,而没有研究方法上的创新,科学上的创新思想又往往难以实现。
五.总结经验、承上启下
科研研究的一个很重要方面是它的应用性价值,基因技术的发展使目前基因诊断已经在医学领域得到广泛应用,基因治疗对于一些难治的疾病(如遗传性疾病、恶性肿瘤、神经性疾病)带来了福音,而这些技术的发展一方面要归功于分子生物学理论的发展,另一方面还都得益于20 世纪70 年代兴起的基因工程技术。在基因工程技术领域获得诺贝尔奖的生理学或r 医学奖的有3 位,化学奖有5 位。1978 年Arber , Smith 和Nathans 因为发现限制性内切酶而获诺贝尔奖。限制性内切酶堪称基因操作中的“手术刀”能使DNA 实现定向切割。Berg 创立了一系列的基因分离和连接技术,Sanger 和Gilbert 因在核酸序列测序技术方面的贡献而同时荣获1980 年的诺贝尔化学奖。在基因工程技术方面特别应该提出的是PCR 技术,1985 年Mullis 发明了体外进行快速基因扩增的PCR 技术而1993 年获得诺贝尔化学奖。PCR 技术使体外大量扩增DNA 序列实现了可能,已成为分子生物学的基本技术和应用最广泛的技术之一,在遗传学、医学、农学和法医学等诸多领域得到了广泛的应用。从众多从事基因相关研究而获诺贝尔奖的例子中我们不难看出,基因在生物界中的作用是巨大而神奇的,目前人们尚未完全揭示基因的全部奥秘,因此,人们有理由相信在未来的诺贝尔奖获奖名单上必将出现更多与基因研究有关的科学家的大名。
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