第二章悲剧的 Avery 对于受过生命科学教育的人来说,脱氧核糖核酸(DNA)是生物遗传信息的载体,这 似乎已是一种常识。然而就在五十多年前,当 Avery(1877~1955)及其同事于1944年发 表这一理论时,却引起了遗传学界的极大惊讶和怀疑。直到50年代中期,这一理论才为遗 传学界普遍接受。这样,年迈的 Avery也没能等到这一天便溘然长逝而失去了荣获诺贝尔 奖的机会。这实在是20世纪科学史上的一大憾事 发现DNA的遗传功能,始于1928年 Griffith所做的用肺炎双球菌感染小家鼠的实验 肺炎双球菌基本上可以分为两个类型或品系。一个是有毒的光滑类型,简称为S型。一个 是无毒的粗糙类型,简称为R型。S型的细胞由相当发达的荚膜包裹着。荚膜由多糖构成, 其作用是保护细菌不受被感染的动物的正常抵抗机制所杀死,从而使人或小鼠致病(对人, 它能导致肺炎;对小鼠,则导致败血症)。但在加热到致死程度后,S型细菌便失去致病能 力。由于荚膜多糖的血清学特性不同、化学结构各异,S型又可分成许多不同的亚型,如 SⅠ、SⅡ、SⅢ等。而R型细胞没有合成荚膜的能力,所以不能使人或小家鼠致病。它不 能合成荚膜的原因在于一个控制UDPG-脱氢酶的基因发生了突变,R、S两型可以相互转 化 1928年, Griffith将肺炎球菌SⅡ在特殊条件下进行离体培养,从中分离出R型。当 他把这种R型的少量活细菌和大量已被杀死的SⅢ混合注射到小鼠体内以后,出乎意外, 小鼠却被致死了。剖检发现,小鼠的心血中有SⅢ细菌。 上述实验结果可以有三种解释:①(SⅢ细菌可能并未完全杀死。但这种解释不能成 立,因为单独注射经过处理的SⅢ时并不能致死小鼠:②R型己转变为S型。这一点也不 能成立,因为剖检发现的是SⅢ不是SⅡ,R型从SⅡ突变而来,理应转化为SⅡ:③R型 从杀死的SⅢ获得某种物质,导致类型转化,从而恢复了原先因基因突变而丧失的合成荚 膜的能力。 Griffith肯定了这种解释。这就是最早发现的转化现象 三年之后,研究者们发现,在有加热杀死的S型细菌存在的条件下,体外培养R型的 培养物,也可以产生这种转化作用。此后不到两年,又发现S型细菌的无细胞抽提物加到 生长着的R型培养物上,也能产生R向S的转化(R→S)。 于是,研究者们提出,加热杀死的S型细菌培养物或其无细胞抽提物中,一定存在着 某种导致细菌类型发生转化的物质,暂时称为“转化因子”( transforming principle) 1944年,在纽约洛克菲勒研究所, Avery等人为了弄清转化因子的化学本质,开始对 含有R→S转化因子的SⅢ型细菌的无细胞抽提物进行分馏、纯化工作。他们根据染色体 物质的绝大部分是蛋白质的事实,曾一度推断蛋白质很可能是“转化因子”。然而,当他们 使用一系列的化学法和酶催化法,把各种蛋白质、类脂、多糖和核糖核酸从抽提物中去掉 之后,却发现抽提物的剩余物质仍然保持把R型转化为S型的能力。于是,他们对自己的 推断动摇了。最后,在对抽提物进一步纯化之后,他们发现,只消把取自SⅢ细胞抽提物 的纯化DNA,以低达六亿分之一的剂量加在一个R型细胞的培养物中,仍然具有使R→SⅢ 的转化能力。他们还发现,从一个本身由R型转化产生的S型细菌的培养物中提取的DNA 也能使R→S。于是,他们得出结论:“转化因子”就是DNA。 Avery等人的试验和结论是 对DNA认识史上的一次重大突破,彻底改变了它在生物体内无足轻重的传统观念。1 第二章 悲剧的 Avery 对于受过生命科学教育的人来说，脱氧核糖核酸（DNA）是生物遗传信息的载体，这 似乎已是一种常识。然而就在五十多年前，当 Avery（1877～1955）及其同事于 1944 年发 表这一理论时，却引起了遗传学界的极大惊讶和怀疑。直到 50 年代中期，这一理论才为遗 传学界普遍接受。这样，年迈的 Avery 也没能等到这一天便溘然长逝而失去了荣获诺贝尔 奖的机会。这实在是 20 世纪科学史上的一大憾事。 发现 DNA 的遗传功能，始于 1928 年 Griffith 所做的用肺炎双球菌感染小家鼠的实验。 肺炎双球菌基本上可以分为两个类型或品系。一个是有毒的光滑类型，简称为 S 型。一个 是无毒的粗糙类型，简称为 R 型。S 型的细胞由相当发达的荚膜包裹着。荚膜由多糖构成， 其作用是保护细菌不受被感染的动物的正常抵抗机制所杀死，从而使人或小鼠致病（对人， 它能导致肺炎；对小鼠，则导致败血症）。但在加热到致死程度后，S 型细菌便失去致病能 力。由于荚膜多糖的血清学特性不同、化学结构各异，S 型又可分成许多不同的亚型，如 SⅠ、SⅡ、SⅢ等。而 R 型细胞没有合成荚膜的能力，所以不能使人或小家鼠致病。它不 能合成荚膜的原因在于一个控制 UDPG-脱氢酶的基因发生了突变，R、S 两型可以相互转 化。 1928 年，Griffith 将肺炎球菌 SⅡ在特殊条件下进行离体培养，从中分离出 R 型。当 他把这种 R 型的少量活细菌和大量已被杀死的 SⅢ混合注射到小鼠体内以后，出乎意外， 小鼠却被致死了。剖检发现，小鼠的心血中有 SⅢ细菌。 上述实验结果可以有三种解释：①（SⅢ细菌可能并未完全杀死。但这种解释不能成 立，因为单独注射经过处理的 SⅢ时并不能致死小鼠；②R 型已转变为 S 型。这一点也不 能成立，因为剖检发现的是 SⅢ不是 SⅡ，R 型从 SⅡ突变而来，理应转化为 SⅡ；③R 型 从杀死的 SⅢ获得某种物质，导致类型转化，从而恢复了原先因基因突变而丧失的合成荚 膜的能力。Griffith 肯定了这种解释。这就是最早发现的转化现象。 三年之后，研究者们发现，在有加热杀死的 S 型细菌存在的条件下，体外培养 R 型的 培养物，也可以产生这种转化作用。此后不到两年，又发现 S 型细菌的无细胞抽提物加到 生长着的 R 型培养物上，也能产生 R 向 S 的转化（R→S）。 于是，研究者们提出，加热杀死的 S 型细菌培养物或其无细胞抽提物中，一定存在着 某种导致细菌类型发生转化的物质，暂时称为“转化因子”（transforming principle）。 1944 年，在纽约洛克菲勒研究所，Avery 等人为了弄清转化因子的化学本质，开始对 含有 R→S 转化因子的 SⅢ型细菌的无细胞抽提物进行分馏、纯化工作。他们根据染色体 物质的绝大部分是蛋白质的事实，曾一度推断蛋白质很可能是“转化因子”。然而，当他们 使用一系列的化学法和酶催化法，把各种蛋白质、类脂、多糖和核糖核酸从抽提物中去掉 之后，却发现抽提物的剩余物质仍然保持把 R 型转化为 S 型的能力。于是，他们对自己的 推断动摇了。最后，在对抽提物进一步纯化之后，他们发现，只消把取自 SⅢ细胞抽提物 的纯化 DNA，以低达六亿分之一的剂量加在一个 R 型细胞的培养物中，仍然具有使 R→SⅢ 的转化能力。他们还发现，从一个本身由 R 型转化产生的 S 型细菌的培养物中提取的 DNA 也能使 R→S。于是，他们得出结论：“转化因子”就是 DNA。Avery 等人的试验和结论是 对 DNA 认识史上的一次重大突破，彻底改变了它在生物体内无足轻重的传统观念