弗朗索瓦·雅各布(1920-2013)

呂吉爾/編譯

弗朗索瓦·雅各布

法國著名細菌遺傳學家、基因調控概念的開創者、“解放勛章”獲得者弗朗索瓦·雅各布（Francois Jacob）于2013年4月19日在法國巴黎去世，享年92歲。1965年他與法國微生物學家安德烈·M·利沃夫（Andre M.Lwoff，1902-1994）和法國生化學家雅克·L·莫諾（Jacques L.Monod，1910-1976）因“有關酶素的遺傳控制和病毒合成的發現”而共獲諾貝爾生理學或醫學獎。在1950年代,他們揭示出細胞是如何關閉基因方式的這一研究成果，使得人類理解生命如何利用基因組演奏出美麗的生命旋律邁出了關鍵的第一步。

據雅各布的妻子麗薩（Lise）回憶，1958年7月的某一天，雅各布在巴黎看電影時一時顯得有些局促不安：一個想法在雅各布的腦子里突然形成。雅各布對麗薩說：“我覺得我剛才有了個重要的想法。”他倆于是走出電影院徑直回家。 雅各布相信，正如他后來所寫的那樣，他領悟到了“那東西的本質”。他對基因如何協同合作使生命成為可能有了驚鴻一瞥，雅各布對這一時刻的到來盼望已久。

決心要理解“生命的內核”

雅各布出生于一個猶太裔法國家庭，二戰時加入自由法國軍隊，戰后開始了他的細胞生物學事業生涯。戰前，他原計劃成為一名外科醫生，因納粹德國侵占法國而不得不離開巴黎。他先在一家醫療公司供職，后加入同盟國在北非的戰斗行列，在一次戰斗中因炸彈爆炸嚴重傷及他的一只手，他的外科醫生夢想因此成為泡影。

戰爭結束后，雅各布曾漫步在巴黎街頭，不知道自己的生命還有什么價值。在一個抗生素實驗室工作期間，雅各布陶醉于科學研究之中，他并非僅僅想要找到一種新藥，決心要理解“生命的內核”。在獲得醫學博士和為一家開發新抗生素的公司工作一段時間后，1950年他接受了巴黎巴斯德研究所的一個職位，在閣樓上長期從事大腸桿菌等細菌、包括噬菌體——把DNA播種到細菌基因組里的病毒——的研究。后者可以在細菌基因組中長期潛伏，然后殺死寄主細胞。他還證實了mRNA的存在及其功用。

1958年，雅各布和莫諾合作研究細菌酶合成的調節，發現了“調節基因”(因它們控制其他基因的活性而得名)。他們還提出有某種RNA信息載體存在，這是一種DNA的部分復制品，可以把遺傳信息攜帶到細胞其他部分。不過，最有名的是雅各布對大腸桿菌乳糖操縱子的研究——乳糖操縱子能夠讓細菌根據現有乳糖和葡萄糖的量控制乳糖消化酶的產生——并解釋了細胞中的基因是如何被關閉和打開的。

當年雅各布躋身閣樓并沒有特別的計劃，最終他還是對一個重大生物學迷團的其中兩項進行了深入研究：一是原噬菌體的研究，雅各布為此花了多年時間——即進入大腸桿菌寄主后消失的病毒，幾代之后才重新現身——他與同事論證并演示了原噬菌體實際上是把其基因安插進了大腸桿菌的DNA中。實驗揭示，原噬菌體始終如一地把自己插入大腸桿菌染色體上的某一個點（其基因被安插在寄主基因當中），然后它們會潛伏好幾代的時間。

二是為什么基因時而制造蛋白質時而卻不呢？為了消化一種特殊的乳糖，大腸桿菌需要產生合適的酶，即大腸桿菌需要一種叫做β-半乳糖苷酶的酶（這種酶可以把乳糖切成碎片）。雅各布的同事莫諾發現，如果給大腸桿菌喂食葡萄糖，前者只產生微量的β-半乳糖苷酶；如果添加乳糖，它仍然不產生大量的酶。只有在大腸桿菌把葡萄糖全部消化之后，它才真正開始產生β-半乳糖苷酶。

不再感到自己平庸無為

當時沒有人對大腸桿菌基因或其原噬菌體時而靜默、時而忙碌作出很好的解釋。許多科學家設想，蛋白質的產生主要源自于細胞。他們提出，大腸桿菌實際上在源源不斷地產出β-半乳糖苷酶，只是大腸桿菌在接觸乳糖時，這些酶才改變自己的形狀，并開始粉碎乳糖。

為了尋找真相，雅各布、莫諾及其同事們做了一系列實驗，他們以有趣的方式分離出因突變而不能消化乳糖的大腸桿菌，這讓科學家們認識到，大腸桿菌使用不止一個基因來消化乳糖，其中一個基因吸附在這些微生物的細胞膜上，即在能夠吸收糖分的通道上編制了密碼。

雅各布和莫諾發現，無論是否有乳糖需要消化，突變體始終能產出β-半乳糖苷酶和透性酶。科學家們由此推論，大腸桿菌所攜帶的阻遏子，通常會阻止β-半乳糖苷酶和透性酶基因的活性。

在巴黎電影院的黑暗中，雅各布突然的一個靈感，即阻遏子是一個蛋白，它牢牢吸附在大腸桿菌的DNA上，阻止蛋白質從β-半乳糖苷酶及其他參與進食乳糖的基因中產生。就如同是一個信號——類似一個開關——導致阻遏子關閉這些基因。

雅各布認為，另一個類似的阻遏子或許也會讓這些原噬菌體基因保持靜默。也許這些電路在所有生物身上普遍存在。他寫道：“我不再感到自己平庸無為。”但當弗朗索瓦想要對妻子勾畫出自己的想法時，他失望了。麗薩安慰他說：“你已經告訴我了，我早就知道了，不是嗎?”