发光现象 钱永健 钱永健-个人简介,钱永健-生物发光现象研究

钱永健,男,1952年出生于美国纽约,祖籍浙江。毕业于美国哈佛大学,加州大学圣迭戈分校药理学和生物化学教授。1995年当选美国医学研究院院士,1998年当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。2008年度与日本科学家下村修、美国科学家马丁・沙尔菲因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献获得诺贝尔化学奖。

钱永健_钱永健 -个人简介


钱永健

钱永健1952年出生于美国纽约,在新泽西州利文斯顿长大。钱永健的家族可谓是“科学家之家”,家中有多位工程师,他的父亲是机械工程师,舅舅是麻省理工学院的工程学教授。

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钱永健小时候患有哮喘,只能经常待在家里。他对化学实验感兴趣,常常在家中地下室里做化学实验,一做就是几个小时。16岁时,钱永健获得生平第一个重要奖项,也是美国给予高中学生完成科研项目的最高奖:西屋科学天才奖,当时他研究的是金属如何与硫氰酸盐结合。

钱永健后来拿了美国国家优等生奖学金进入哈佛大学学习,20岁获得化学物理学士学位并从哈佛毕业,接着前往剑桥大学深造,1977年获得生理学博士学位。

1981年,钱永健来到加州大学伯克利分校,并在这里工作8年,成为大学教授。1989年,钱永健将他的实验室搬到加州大学圣迭戈分校,现在他是该校的药理学教授以及化学与生物化学教授。

钱永健1995年当选美国医学研究院院士,1998年当选美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。

钱永健获得了许多重要奖项,包括:1991年,帕萨诺基金青年科学家奖;1995年,比利时阿图瓦-巴耶-拉图尔健康奖;1995年,盖尔德纳基金国际奖;1995年,美国心脏学会基础研究奖;2002年,美国化学学会创新奖;2002年,荷兰皇家科学院海内生物化学与生物物理学奖;2004年,世界最高成就奖之一以色列沃尔夫奖医学奖;2008年10月8日,钱永健与日本科学家下村修、美国科学家马丁・沙尔菲因在发现和研究绿色荧光蛋白方面做出贡献,获得诺贝尔化学奖。2013年,入选美国癌症研究院(AmericanAssociationforCancerResearchAcademy,AACR)一级院士。

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水母

1994年,华裔美国科学家钱永健(RogerYTsien)开始改造GFP,有多项发现。世界上用的大多数是钱永健实验室改造后的变种,有的荧光更强,有的黄色、蓝色,有的可激活、可变色。在一些非模式生物的体内寻找有颜色的蛋白成为一些人的爱好,现象正如当年在嗜热生物中找到以后应用广泛的PCR聚合酶后的一波浪潮。不过成功的并不多。成功的例子有俄国科学院生物有机化学研究所Sergey A. Lukyanov实验室从珊瑚里发现其他荧光蛋白,包括红色荧光蛋白。

生物发光现象,下村修和约翰森以前就有人研究。萤火虫发荧光,是由荧光素酶(luciferase)作为酶催化底物分子荧光素(luciferin),有化学反应如氧化,以后产生荧光。而蛋白质本身发光,无需底物,起源是下村修和约翰森的研究。

下村修和约翰森用过几种实验动物,和本故事相关的是学名为Aequorea victoria的水母。1962年,下村修和约翰森等在《细胞和比较生理学杂志》上报道,他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时,有天下班要回家了,他把产物倒进水池里,临出门前关灯后,依依不舍地回头看了一眼水池,结果见水池闪闪发光。因为水池也接受养鱼缸的水,他怀疑是鱼缸成分影响水母素,不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年,他们在《科学》杂志报道钙和水母素发光的关系。其后Ridgway和Ashley提出可以用水母素来检测钙浓度,创造了检测钙的新方法。钙离子是生物体内的重要信号分子,水母素成为第一个有空间分辨能力的钙检测方法,是目前仍用的方法之一。

1955年Davenport和Nicol发现水母可以发绿光,但不知其因。在1962年下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中,有个注脚,说还发现了另一种蛋白,它在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年,他们纯化到了这个蛋白,当时称绿色蛋白、以后称绿色荧光蛋白GFP。Morin和Hastings提出水母素和GFP之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光,其能量可转移到GFP,刺激GFP发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转移(FRET)在生物中的发现。

下村修本人对GFP的应用前景不感兴趣,也没有意识到应用的重要性。他离开普林斯顿到WoodsHole海洋研究所后,同事普腊石(Douglas Prasher)非常感兴趣发明生物示踪分子。1985年普腊石和日裔科学家SatoshiInouye独立根据蛋白质顺序拿到了水母素的基因(准确地说是cDNA)。1992年,普腊石拿到了GFP的基因。有了cDNA,一般生物学研究者就很好应用,比用蛋白质方便多了。

普腊石1992年发表GFP的cDNA后,不做科学研究了。他申请美国国家科学基金时,评审者说没有蛋白质发光的先例,就是他找到了,也没什么价值。一气之下,他离开学术界去麻省空军国民卫队基地,给农业部动植物服务部工作。当时他如果花几美元,就可以做一个一般研究生都能做,但是非常漂亮的工作:将水母的GFP基因放到其他生物体内,比如细菌里,看到荧光,就完全证明GFP本身可以发光,无需其它底物或者辅助分子。

将GFP表达到其它生物体这项工作,1994年由两个实验室独立进行:美国哥伦比亚大学做线虫的Marty Chalfie实验室,和加州大学圣迭哥分校、Scripps海洋研究所的两位日裔科学家Inouye和Tsuji。

水母素和GFP都有重要的应用。但水母素仍是荧光素酶的一种,它需要荧光素。而GFP蛋白质本身发光,在原理上有重大突破。

Chalfie的文章立即引起轰动,很多生物学研究者纷纷将GFP引入自己的系统。在一个新系统表达GFP就能在《自然》、《科学》上发表文章,其实不过是跟风性质,没有原创性。

纵观整个过程,从1961年到1974年,下村修和约翰森的研究遥遥领先,而很少人注意。如果其他生化学家愿意,他们也可以得到水母素和GFP,技术并不特别难。在1974年以后,特别是八十年代后,后继的工作,很多研究生都很容易做。其中例外是钱永健实验室发现变种出现新颜色,并非显而易见。

钱永健是和下村修研究相关的一位重要科学家。他在成像技术中,有两项重要工作都与下村修有一定关系。

一项是钙染料。1980年钱永健发明检测钙离子浓度的染料分子,1981年改进将染料引入细胞的方法,以后发明更多、更好的染料,被广泛应用。检测钙的方法有三种:选择性电极、水母素、钙染料。在钱永健的钙染料没有出现以前,具有空间检测能力的只有水母素,但当时水母素需要注射到细胞内,应用不方便,而钱永健的染料可以通透到细胞里面去。水母素和钙染料各有优缺点,目前用染料的人多。钱永健还发明了多种染料用于研究其他分子。

钱永健的第二项工作是GFP。1994年起,钱永健开始研究GFP,改进GFP的发光强度,发光颜色(发明变种,多种不同颜色),发明更多应用方法,阐明发光原理。世界上应用的FP,多半是他发明的变种。他的专利有很多人用,有公司销售。

钱永健的工作,从八十年代一开始就引人瞩目。他可能是世界上被邀请给学术报告最多的科学家,因为化学和生物都要听他的报告,既有技术应用、也有一些很有趣的现象。钱永健非常肯定下村修的工作,钱较早公开介绍下村修的发现。

钱永健_钱永健 -钱学森

钱永健是钱学森的堂侄。他家有很多科学家和工程师。他中学时获得过美国西屋天才奖第一名,大学在哈佛念化学和物理,20岁毕业,后在英国剑桥大学获生理学博士。他的哥哥钱永佑(Richard W. Tsien)是神经生物学家,曾任Stanford大学生理系主任。两兄弟分别获Rhodes和Marshall学者奖(通常认为是美国大学生竞争性最强的两个奖学金,克林顿总统曾获Rhodes),到英国留学,九十年代双双成为美国科学院院士。钱学森回国后,国内教育体系在他的子女应该上大学时受到极大破坏,使钱学森的子女钱永刚、钱永真没有得到他们堂兄弟的发展环境。钱永刚出生于1948年,文革后才念大学。

  

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