財富人生：一個拉開一年3240億美元生物技術產業世界大門的男人

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作者：麥子（轉載請註明：解螺旋·醫生科研助手）

儘管我們一直鄙視學生物的自己和苦逼的同胞們，但其實在全球經濟中，生物技術滲入的產業之眾，已無法進行計算。微生物和植物等各種轉基因的生物正在為我們創造藥品、食物、能源甚至纖維面料。僅僅在2012年，美國的生物技術產業收益就超過了3,240億美元······所以今天是年初五，迎財神的日子，大家打起精神，看看別人是怎麼迎來的~.~

生物技術如此令人震驚的創造（賺錢）能力不僅僅在於它使用範圍之廣，更在於它的年輕。眾所周知，19世紀的工業革命帶來了製造業第一次爆炸，而咱生物技術不過才40歲而已，對於傳統工業來說，它還是個穿開襠褲的孩紙。

1931年8月23日，一個叫做Hamilton Smith的男孩誕生於美國佛羅里達州一個書香門第。通常，作為光榮的人民教師之子，要麼爛泥扶不上牆，要麼成績傲視群雄，顯然，Smith成為了後者。1968年，Smith作為約翰霍普金斯大學一名新的助理教授，開啟了大牛人生。

Hamilton Smith

彼時，Smith對細胞如何切割DNA並重新對其排列組合（也就是我們今天所謂的DNA重組）產生了巨大的興趣，一心想要研究出其中的機制。

Smith 選擇了H. influenzae（嗜血桿菌）作為研究對象。與許多其他菌種一樣，H. influenzae可以吸收外來的DNA，來源通常分為兩種，直接從周圍的生長環境吸收或者來自微生物等載體。然而屌爆的是，這種細菌可以將這些片段整合到自己的DNA里，儘管這個過程現在高中生都能閉著眼睛從頭娓娓道來，但在當時的認知程度下，科學家們對此紛紛嘆為觀止。

正是通過上述方式，細菌可以獲得有利的基因，比如為自己武裝一些耐葯的特性。

但是對H. influenzae來說，這樣的重組也有不利的一面：入侵的病毒可以「黑」進細菌的重組機制，把自己的遺傳信息嵌入宿主DNA，讓宿主為自己「傳宗接代」。

為了了解重組的過程，Smith通過讓病毒入侵在含有放射性磷元素培養基中生長的細菌來讓病毒獲得放射性，繼而提取病毒再去侵襲新的無放射性的H. influenzae。Smith和同事們都期待在病毒遺傳信息插入宿主的DNA後，讓後者獲得放射性。

然而，事實總是喜歡啪啪啪打臉。

Smith的研究僧Kent Wilcox提出：難道細菌摧毀了病毒DNA?

這個提議並不是無中生有。早幾年的時候，日內瓦大學的微生物學家Werner Arber曾經提出一個假設：細菌內含有一種酶類，可以通過切斷外源的DNA來限制病毒的生長，並把這些假設的分子稱為「限制性內切酶」。

Arber意識到，如果真有這種酶的存在，並且肆無忌憚的切切切，那細菌自己不是早就掛了嗎？難道細菌自己獨有一套保護機制？（的確是有的——甲基化）

隨後，Smith為實驗室介紹了一篇令人興奮的新論文，給大家打了一針強心劑。哈佛大學的Matthew Meselson 和Robert Yuan報道，他們在大腸桿菌中發現了一種蛋白，可以切割外源DNA。而他們自己正處於發現H. influenzae中限制性內切酶的關口。

為此，Smith設計了一個巧妙的試驗。他提純了病毒和H. influenza的DNA，分別裝在兩個管子中，然後再把來自H. influenza的蛋白加入。如果這些蛋白中真的存在限制性內切酶的話，那麼病毒DNA應該被切割成小的片段。

如今大家都可以用強大的測序方法來分析DNA，而當時Smith採用的方法則簡單的多。包含大片段DNA分子的溶液會比小片段DNA會更具粘性——就像糖漿一樣。Smith使用一個稱作為粘度計的設備檢測了實驗管子，正如他所預計的，裝有病毒DNA的管子粘性越來越差。

「所以我立刻猜想這肯定是限制性內切酶在起作用，五分鐘後，我意識到自己發現了一個新的東西。」——Smith

接下來，Smith實驗室的同仁們迎來了灰常枯燥的幾個月。

嗯，你沒有看錯，是枯燥，畢竟要篩出起作用的蛋白，確認誰才是限制性內切酶啊！不過這個過程中，他們還發現了對H. influenzae自我保護起作用的一種甲基化酶（其實我們研究僧的生涯也是如此，一個假設的提出往往都是激動人心的，而隨後的整個實驗過程，卻似乎分分鐘都想砸了實驗室）。

Smith和同事們一經發表該限制性內切酶所有的細節，其他科學家便立即開始著手相關的研究。不過，他們並不是僅僅研究酶，而是開始把它們作為工具使用。

1972年，斯坦福大學的生物學家Paul Berg使用限制性內切酶切割SV40病毒的DNA，然後使用其他酶類（DNA連接酶）把這些DNA末端連接到其他病毒的DNA上。Berg因此第一次人為的創造了來源於兩個生物的遺傳物質（難道這就是傳說中的第一次轉基因）。

接著，其他的科學家開始對這一行為進行模仿。他們意識到，可以利用限制性內切酶將來自許多不同物種的基因插入到細菌，從而生產出新的蛋白質，可以把細菌轉化成生物工廠。

1978年，Hamilton Smith、Werner Arber和Daniel Nathans一起獲得了當年的諾貝爾生理學和醫學獎（Daniel Nathans利用Smith發現的限制性內切酶開啟了自己的研究，Matthew Meselson和Robert Yuan為何沒得獎麥子也不知，可能是委員會考察了相關發現對日後實際應用的貢獻吧，淵博的小夥伴可以補充）。

隨著時間的推移，限制性內切酶的影響力開始商業化，各大公司紛紛致力於使用這種酶來操縱DNA。第一個商業性應用來源於Genentech，一家成立於1976年的生物公司，它使用限制性內切酶創造了一株攜帶人類胰島素基因的大腸桿菌。而之前，糖尿病患者只能購買從牛和豬的胰腺中提取的胰島素。

最後送給大家一句話：「一旦你有了操縱世界的工具，整個世界都為你敞開。」

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