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那些“跑偏”了的生物研究,却惊艳了世界

来源:生物谷-小毛怪 2016-10-21 10:44

搞科研有时候就好像拍电影,你作为导演(实验狗),穿上马甲(白大褂),敲定了剧本(实验方案),找好了各路演员(实验试剂、仪器、打杂的师弟……),来到片场(实验室),一声令下电影开拍!(实验开动!),就等着票房大卖(问鼎SCI)了。

这时候突然出现个别"演员"(过期的实验试剂、破烂的仪器、欠揍的师弟……)不按剧本走,导致"故事结局"面目全非,想来一定是件很令人崩溃的事。

但是!让我们鼓掌欢迎这个"但是"!科学界的这种意外有时候却可能带来一些更大的惊喜,假如你人品够好完全有可能扭转剧情,变坏事为好事。科学史上由意外导致的重大发现屡见不鲜,且听谷君为你一一道来。

顺铂:杀菌太简单,不如抗癌吧

巴尼特·罗森伯格

20世纪60年代,密歇根州立大学生物物理教授巴尼特·罗森伯格( Barnett Rosenberg)正在研究电场对于细菌分裂的影响,以求达到为医疗器具消毒和食品保存的目的。他精心选择了常见的污染源大肠杆菌作为实验对象,又选用了被认为具有化学惰性的铂线(没错,就是那个贵的要死你对象又喜欢得要死的铂金!)作为电极,实验就这么按部就班地展开了。

罗森伯格发现,起初细菌在培养液中快速地繁殖起来,液体变得浑浊。但在开始通电两小时后培养液又变得清澈了。在显微镜下观察,发现是大肠杆菌停止了生长和分裂。看起来他的"电场能抑制细菌"这项假设真的成立了。

然而后续的实验却令人困惑,其他金属材料的电极都不会产生抑制细菌的效果,只有铂电极能做到这一点。罗森伯格开始意识到,这是电极材料释放出的金属离子产生了作用。

罗森伯格认为这项发现可能对治疗癌症有帮助,于是把他的发现报告给了癌症研究所。受到启发的癌症研究者们后来发现铂能够阻止细胞分裂,因此各种铂化合物对于晚期肿瘤都有着很好的疗效。

经过研究者们多年的不懈努力,解决其毒副作用,顺铂(一种顺式化学构型的铂盐)于1978年先在加拿大上市,然后是美国,后来迅速推广到全世界。顺铂在治疗卵巢癌、睾丸癌、膀胱癌、肺癌、宫颈癌、头颈部恶性肿瘤以及食管癌、儿科肿瘤方面都取得了出色的表现。

蓝色小药丸:我治不了心脏,但别的我能治,你懂的

1977年,一位来自米国的科学家弗里德·穆拉德发现,硝酸甘油进入体内后,与机体发生反应,可产生一种被称作一氧化氮(NO)的分子信号物质,能促使心血管扩张,起到帮助控制血压、治疗心脏病的作用。这项成果揭开了困扰科学界上百年的硝酸甘油治疗心脏病原理之迷。

弗里德·穆拉德

基于这项研究,辉瑞在英国三明治分公司的一群科学家展开了对一种新型心脏病药物的研究。经过5年的不懈努力,这群科学家们终于得到了一种理想的化合物西地那非,它能抑制cGMP(能引起血管扩张)的酶促水解,防止一氧化氮引起的细胞内cGMP信号的迅速消失。预期它能起到维持血管平滑肌细胞舒张,增加血流量的良好功效。

然而当进入到临床实验阶段,局面却发生了180度大转弯。西地那非在药物动力学方面的测试,包括血压,心率,前臂血流量,静脉应变性和心输出量变化的数据很让人沮丧。

按理说实验走到这一步基本可以宣告失败了,然而这时却有许多病人暗戳戳地把药丸藏了起来。原来,接受临床实验的男性病人几乎全部出现了勃起现象……(导演:这段剧本里没写啊喂!)

导演……啊不对是研究者们这才发现,原来NO在阴茎勃起中也是一个至关重要的角色。对不举的男士而言,勃起功能障碍可能是因为性刺激在阴茎神经中释放的NO不够,所以cGMP的水平不足以使阴茎血管肌肉放松,而这些肌肉控制用来给阴茎勃起小室充血的血管的收缩。当这些肌肉放松后,血管充分舒张,血液填充到那些勃起小室中,引起阴茎勃起。

商机不容放过。1998年,辉瑞正式推出了这种蓝色小药丸,也就是伟哥。于是20世纪科学史上少了一种治疗心脏病的药物,多了一种提升男性"幸福"感的奇药。值得一提的是,同年,这种药物的奠基人弗里德·穆拉德因为一氧化氮功能的研究获得了诺贝尔奖。

PS: 然鹅弗里德·穆拉德本人对"伟哥之父"这个称号十分抗拒,他傲娇地表示:"伟哥这种药物,对科学来说并不重要。我的发现对于中风、肺发育不全的新生儿尤其是早产儿的意义,要比伟哥更重要。"看来实验中的"意外收获"并不是所有科学家都能笑纳的……

维生素b1:脚气病真不关细菌的事……

19世纪末,法国的微生物学家路易·巴斯德告诉世界,疾病是由病菌引发的,医生纷纷都在寻找疾病背后的对应病菌,一时成为学术圈最炙手可热的话题。

路易·巴斯德

脚气病就是其中一种被医生瞄准的疾病,当时许多医生认为脚气病是由某种细菌引起的,于是纷纷展开了对这种细菌的搜索工作。

研究者们让兔子、猴子、鸡等小动物接触患脚气病的动物的血液和尿液,结果兔子和猴子安然无恙,鸡却患病了。并且无论接触了病源的实验组还是没接触的对照组,都患上了脚气病。研究的负责人克里斯蒂安·艾克曼这时才发现,奥妙在鸡的食物中--喂食精白米的鸡都患上了脚气病,而喂食糙米的鸡则不得病。

时间过去了几年,1901年,后来接替艾克曼进行实验的赫里特·格林斯发现脚气病是因为饮食中缺乏某种物质导致的,而糙米携带的谷壳中存在这种物质。

又过了几十年,到了1936年,化学家罗伯特·R·威廉姆斯终于成功合成了硫胺素,也就是维生素B1。时过境迁,此时维生素C及维生素B2早已被合成出来,人们也都意识到除了病原菌,维生素缺乏也会导致疾病的发生。

"操作失误"催生的生物大分子质谱分析法

现在我们都知道田中耕一是2002诺贝尔化学奖的获得者,红极一时的科学家。然而追溯到生物大分子质谱分析法这项成果诞生的当年,田中耕一可是一名地地道道的小职员。和你我一样,拿着微薄的薪水,每天任劳任怨朝九晚五。

有一天,田中所在的公司指派他去操作一项化学实验,测定生物大分子的质量。要知道,田中是一枚标准的学渣,有着多门功课不及格的黑历史。他的化学素养也还停留在中学阶段。虽然知道难以胜任,但为了生活,田中还是硬着头皮进了实验室。

当时的理论认为蛋白质大分子不大可能被离子化,用激光电离的方法测量分子量,最多只能测定分子量在1000左右的化合物。然而学渣怎么会知道这些高级的知识呢,田中依然用激光来轰击大分子。实验过程中,由于紧张不小心把甘油滴进了钴试剂中。本着勤俭节约的精神,他用混进了甘油的试剂继续进行了后续操作,没想到,竟然歪打正着,一举分离出了分子量超过10000的化合物。

在随后的这些年里,田中根据自己的想法设计了分析仪器,连同分析方法一起申请了专利。2002年,凭借这项研究获得了当年的诺贝尔化学奖。

后来在接受记者采访时,田中表示,使他将研究坚持下来的原因,正是他当时对化学、生物化学理论的无知……

谷君:大神在失败中发现新的灵感,我等鼠辈在失败中一蹶不振。这些故事告诉我们,实验搞砸了,先别急着砸桌子摔瓶子。勤思考多分析,说不定下一个惊世骇俗的发现就藏在你面前这堆辣鸡里面呢~

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