諾貝爾獎(jiǎng)揭曉的令人興奮的一周結(jié)束了，結(jié)果是三種生物大分子中的兩種，RNA和蛋白質(zhì)分別捧回了桂冠。特別是今年的生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，得獎(jiǎng)項(xiàng)目miRNA (microRNA)，和去年的mRNA疫苗（信使RNA）只差一個(gè)字母；今年的化學(xué)獎(jiǎng)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)；考慮再前一年生理獎(jiǎng)的項(xiàng)目是如何鑒定古DNA，看來(lái)諾貝爾這兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)經(jīng)常在DNA-RNA-蛋白質(zhì)這三種決定生命本質(zhì)的生物大分子之間來(lái)回轉(zhuǎn)悠。

miRNA之所以獲獎(jiǎng)，是因?yàn)樗谡{(diào)節(jié)基因活性和表達(dá)方面有巨大的作用。但是話又說(shuō)回來(lái)，有這樣重大功能的體系在生命體中還有很多，為什么微小RNA能脫穎而出？我的解讀是這和諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)一個(gè)重大審美品味有關(guān)：重大自然元素之間的基礎(chǔ)性互動(dòng)。

前一段李政道先生去世了，他和楊振寧先生近70年前提出的宇稱不守恒現(xiàn)象又成為科普迷的津津樂(lè)道之話題。為什么他倆的理論一經(jīng)被吳健雄的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，僅僅一年后就立即獲得諾貝爾獎(jiǎng)？這是因?yàn)槿踝饔檬怯钪嫠拇蠡咀匀涣χ唬ㄖ亓?，電磁力，?qiáng)相互作用，弱相互作用），同時(shí)對(duì)稱現(xiàn)象又是物質(zhì)世界的一個(gè)基本屬性，那么弱作用身為四大之一卻違反對(duì)稱這樣石破天驚的理論，當(dāng)然夠得上諾貝爾獎(jiǎng)的分量。

生命科學(xué)也一樣。

學(xué)過(guò)生物的人都知道生命科學(xué)的中心法則（Central Dogma）：DNA是生命密碼的存儲(chǔ)者，這個(gè)密碼被解碼，信息傳遞給信使RNA，然后在RNA序列的指導(dǎo)下20種不同的氨基酸被組裝成序列特異的蛋白質(zhì)分子，去執(zhí)行催化化學(xué)反應(yīng)和構(gòu)建生命結(jié)構(gòu)的功能。

其實(shí)中文把Dogma這個(gè)詞翻譯成“法則”還是有點(diǎn)意猶未盡， 因?yàn)樗€包含有經(jīng)典權(quán)威難以動(dòng)搖之涵意。如此一來(lái)，挑戰(zhàn)自然經(jīng)典的重大發(fā)現(xiàn)，一旦自己也成為“鐵律”的一部分，自然就為諾貝爾委員會(huì)所青睞了。所以，當(dāng)RNA居然也和蛋白質(zhì)一樣自身具有催化功能這個(gè)發(fā)現(xiàn)一出來(lái)，Dogma就被打破了，這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)人Thomas Cech和Sidney Altman獲得1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)理論未必有多大的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)镽NA是不穩(wěn)定的，很少有人會(huì)有興趣開(kāi)發(fā)RNA催化功能的工業(yè)應(yīng)用和醫(yī)學(xué)前景，不過(guò)它卻對(duì)生命起源有啟示意義?？梢韵胂髱资畠|年前，在一片漆黑孤獨(dú)的環(huán)境里，原始生命也許只有RNA，它孤獨(dú)到都沒(méi)有DNA和蛋白質(zhì)作伴（還沒(méi)進(jìn)化出來(lái)），只能獨(dú)孤一個(gè)又當(dāng)?shù)之?dāng)媽，既擔(dān)起攜帶和傳遞遺傳信息的任務(wù)，同時(shí)扮演未來(lái)蛋白質(zhì)的功能：催化化學(xué)反應(yīng)，維系生命的薪火相傳。

根據(jù)中心法則，蛋白質(zhì)是DNA和RNA相互作用的終產(chǎn)物，那么當(dāng)Roger Kornberg發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)在真核生物中能反作用于DNA/RNA的互動(dòng)從而調(diào)節(jié)了遺傳信息的傳遞時(shí), 生命的Dogma又被豐富了，他獲得了2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Roger Kornberg的父親老Kornberg由于發(fā)現(xiàn)DNA復(fù)制的機(jī)制獲得1959年的諾貝爾獎(jiǎng)。所以說(shuō)老子確立中心法則，兒子豐富中心法則，真是科研父子兵。

諾貝爾獎(jiǎng)父子

諾貝爾委員對(duì)基礎(chǔ)自然法則之創(chuàng)新的偏愛(ài)，在1997年達(dá)到了頂點(diǎn)。

傳統(tǒng)的生物學(xué)認(rèn)為，作為一個(gè)病原體，他至少要同時(shí)擁有核酸（DNA/RNA） 和蛋白質(zhì)兩套生物大分子，才能維系自身復(fù)制和感染宿主的能力。但是Stanley Prusiner卻發(fā)現(xiàn)無(wú)法用這種常規(guī)的思路去解釋瘋牛病和羊癢疫這樣一類非常罕見(jiàn)的動(dòng)物傳染病。后來(lái)他提出了朊毒體的概念，說(shuō)的是單純蛋白質(zhì)分子就能誘發(fā)牛羊腦部蛋白質(zhì)的變性，而且這種毒素還有自我復(fù)制的功能。這種蛋白質(zhì)分子拋開(kāi)DNA和RNA單干的理論實(shí)在是驚世駭俗，加上有大量可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做基石，諾貝爾委員會(huì)于1997給Prusiner頒獎(jiǎng)，同時(shí)也帶來(lái)不小的爭(zhēng)議，很多人以為這個(gè)獎(jiǎng)發(fā)錯(cuò)了，至少也是發(fā)早了。

DNA作為比RNA少了一個(gè)氧原子的核酸分子（所以它叫“脫氧”核糖核酸），化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，所以特別合適扮演遺傳信息穩(wěn)定儲(chǔ)藏所的角色，而RNA很不穩(wěn)定，又特別適合在短暫扮演把遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)的角色之后，很快被機(jī)體清除掉從而節(jié)省能量，這是多么巧奪天工的合作和設(shè)計(jì)，要么怎么叫dogma呢。所以當(dāng)大衛(wèi)巴爾的摩和合作者在1970發(fā)表了一種“逆向”轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象，遺傳信息從RNA被傳遞到了DNA的時(shí)候，這又是一個(gè)既離經(jīng)叛道而又呈現(xiàn)基本生命元素互為因果的發(fā)現(xiàn)，僅僅在5年后就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

有趣的是，巴爾的摩等人做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料是一種叫做Rous sarcoma virus (RSV)的雞病毒，這個(gè)病毒是Francis Peyton Rous早在1911年就發(fā)現(xiàn)的，其培養(yǎng)和擴(kuò)增的實(shí)驗(yàn)技術(shù)也被Rous和后來(lái)的歷代組織學(xué)家所完善，巴爾的摩才能站在巨人的肩膀上極目遠(yuǎn)眺。因?yàn)镕rancis Peyton Rous第一個(gè)用該病毒為示例揭示了病毒可以致癌的理論，他也是諾貝爾獎(jiǎng)得主，不過(guò)他為這個(gè)榮譽(yù)整整等了55年！

Francis Peyton Rous做出突破性發(fā)現(xiàn)時(shí)31歲，55年后得到諾獎(jiǎng)的承認(rèn)，已經(jīng)是耄耋87歲之年的智叟；巴爾的摩發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象是32歲，5年后得獎(jiǎng)時(shí)依然36歲風(fēng)華正茂。為何厚此薄彼，公平嗎？這是因?yàn)橐粋€(gè)復(fù)雜醫(yī)學(xué)現(xiàn)象的闡明可能漫長(zhǎng)而時(shí)有反復(fù)，而一個(gè)基本生命原理的揭示卻也可以是革命般地摧枯拉朽。

少年成名的巴爾的摩（考慮到現(xiàn)在的生物學(xué)家在得到第一份教職的時(shí)候一般都年已不惑，37歲拿諾獎(jiǎng)的確可算少年了）又在4年后培養(yǎng)了一個(gè)20多歲的年輕博士生Victor Ambros，也就是微小RNA的發(fā)現(xiàn)者，本次諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的得主，他在畢業(yè)后加入了另一個(gè)研究怪生物秀麗隱桿線蟲(chóng)（拉丁名：Caenorhabditis elegans）的實(shí)驗(yàn)室。這種秀麗隱桿線蟲(chóng)作為遺傳學(xué)研究模型的一大優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)家們可以很方便地分離和鑒定大量表型迥異的遺傳突變體，然后再抽絲剝繭般反推出這些異常表型后面的分子機(jī)理。

Victor Ambros和這個(gè)線蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)同事Gary Ruvkun合作，發(fā)現(xiàn)引發(fā)一種線蟲(chóng)突變型的基因終產(chǎn)物居然不是蛋白質(zhì)而是一種微小的RNA分子，這個(gè)本身就相當(dāng)?shù)鼐哂懈锩粤恕８猩跽?，他們首先發(fā)現(xiàn)的這個(gè)RNA分子僅僅是一個(gè)龐大miRNA調(diào)節(jié)基因表達(dá)這個(gè)大冰山的一角。還記得上面寫(xiě)的Kornberg揭示蛋白質(zhì)調(diào)控DNA基因表達(dá)嗎？Ambros和Ruvkun一下子就給這個(gè)基礎(chǔ)過(guò)程又加入了RNA的角色，這樣，中心法則早就不是線性的，而是網(wǎng)絡(luò)化了。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)太太太夠得上一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)了。

微小RNA可以通過(guò)和細(xì)胞內(nèi)的信息RNA相配對(duì)而抑制降解對(duì)方，從而達(dá)到特異性地熄滅細(xì)胞中某一基因的效果。我還記得miRNA開(kāi)始成為我當(dāng)年在藥廠RNA部門(mén)同事關(guān)注和探路的話題。這是因?yàn)樵谥扑幯芯恐?，為了研究某一基因是否有希望成為下一個(gè)新藥的靶點(diǎn)，經(jīng)常需要在體外模式的細(xì)胞中精準(zhǔn)地除掉這個(gè)基因的產(chǎn)物，再觀察細(xì)胞表型由此而來(lái)的變化。miRNA是否能成為這樣一個(gè)工具？

但是，在區(qū)區(qū)幾年的時(shí)間內(nèi)，他們討論的話題開(kāi)始轉(zhuǎn)移，miRNA漸漸聽(tīng)不到了，另一個(gè)很類似的名詞卻取而代之成為顯學(xué)，它叫siRNA。

siRNA的全名叫small inhibitory RNA, 小抑制性RNA，它和今年的miRNA一樣，有抑制細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的功能，而且他們的生化機(jī)理極為類似，但是其起源，發(fā)現(xiàn)的歷史和后來(lái)的境遇卻大不相同，我下面稍微細(xì)聊一下。

我們前面講了，miRNA的發(fā)現(xiàn)和秀麗隱桿線蟲(chóng)作為一種遺傳模式工具的偉大分不開(kāi)，而siRNA的誕生卻更和該蟲(chóng)的“顏值”有關(guān)，它是一種全透明而且擁有極易刺穿且能快速愈合的皮膚的生物。于是富有好奇心的科學(xué)家們開(kāi)始把各種想得到想不到的大分子通過(guò)一種叫“顯微注射”的技術(shù)攝入線蟲(chóng)體內(nèi)，他們通體透明毫無(wú)隱私可言，各種生物學(xué)后果一覽無(wú)遺。

該發(fā)生的總會(huì)發(fā)生的，RNA分子被注射入蟲(chóng)體后，該RNA所特意編碼的線蟲(chóng)蛋白質(zhì)居然消失得一干二凈！一片詳盡描述這個(gè)現(xiàn)象的文章發(fā)表于1998年的自然雜志，比miRNA的突破文章還晚了5年，但是基于siRNA的基因干擾技術(shù)在2006年就獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，也就是在做出發(fā)現(xiàn)后的8年就得到最高認(rèn)可。相比之下，miRNA從發(fā)現(xiàn)到獲獎(jiǎng)等了30年。為什么？

這就不能不談到諾貝爾委員會(huì)的第二個(gè)偏愛(ài)：革命性的應(yīng)用成就。

siRNA干擾作為清除細(xì)胞內(nèi)基因的工具實(shí)在是太太太方便實(shí)用了！

在這個(gè)技術(shù)出來(lái)之前，特異性清除細(xì)胞內(nèi)基因產(chǎn)物非常困難，可以用特異性極差的小分子化合物，或者引入壓倒性地負(fù)調(diào)控基因（dominant negative），或者在從缺乏該基因的動(dòng)物身上直接獲取（且不說(shuō)制造基因缺失的動(dòng)物的難度），效果都不理想。有了它，實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家可以輕松地找專業(yè)公司設(shè)計(jì)和目標(biāo)基因匹配的短雙鏈RNA，簡(jiǎn)單混入細(xì)胞培養(yǎng)皿就萬(wàn)事大吉了。

在2006年，siRNA正值頂峰的時(shí)候，誰(shuí)都想不到，它作為一種基因失活技術(shù)在后來(lái)會(huì)快速失寵，幾乎和它高樓大廈平地起般的崛起同樣的令人炫目， 這是因?yàn)槲覀冇钟辛薈RISPR。

siRNA機(jī)理的來(lái)源，是細(xì)胞針對(duì)雙鏈RNA病毒入侵而進(jìn)化出來(lái)的一套防御機(jī)制。這套防御就是宿主細(xì)胞動(dòng)員一套自身的分子剪刀，見(jiàn)到進(jìn)犯的雙聯(lián)RNA就當(dāng)成入侵者病毒而猛切一通。但是如果生物學(xué)家雞賊一點(diǎn)的話，把這個(gè)雙鏈RNA設(shè)計(jì)成和細(xì)胞自己的基因互相配對(duì)，那么細(xì)胞本來(lái)用于自保的分子剪刀，就會(huì)不分青紅皂白把自體RNA也給剪了，這就是siRNA熄滅基因的原理。

同理，細(xì)菌也有防御病毒入侵的機(jī)制，不過(guò)攻擊細(xì)菌的是一種特殊的病毒，叫做噬菌體，其遺傳物質(zhì)以為DNA為主，所以細(xì)菌的這種機(jī)制有精準(zhǔn)切碎DNA的功能。而這種功能也被人類利用了，這就是CRISPR技術(shù)，比上面的siRNA技術(shù)高級(jí)太多了。因?yàn)閙RNA僅僅是一個(gè)信使的功能，而且本來(lái)就不穩(wěn)定，你把他切了，也僅僅是短暫地消除基因的表達(dá)。而CRISPR技術(shù)是從DNA的根子入手，可以永久性地改變?nèi)祟惖倪z傳特性，通過(guò)CRISPR剪刀精準(zhǔn)設(shè)計(jì)人造Baby早就不是科幻小說(shuō)了，現(xiàn)在僅僅是由于醫(yī)學(xué)倫理的禁區(qū)而不讓我們討論這個(gè)問(wèn)題。

CRISPR這個(gè)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)從問(wèn)世到獲諾獎(jiǎng)等了8年，和RNA干擾是一樣的，但是理解和改造CRISPR比siRNA更難，所以我個(gè)人認(rèn)為CRISPR成就比siRNA高一個(gè)檔次。

除了能對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的重大影響外，在簡(jiǎn)單的基因熄滅實(shí)驗(yàn)試劑領(lǐng)域里，CRISPR也全面壓倒siRNA, 為什么，我們可以用一個(gè)不大恰當(dāng)?shù)谋扔鱽?lái)說(shuō)明。

最近中國(guó)試射了東風(fēng)31洲際導(dǎo)彈，有網(wǎng)上討論能否攔截它，這是很難的，因?yàn)镮CBM末端速度超過(guò)10倍音速，那么什么是消除這個(gè)導(dǎo)彈威脅的最好方法呢？就是先發(fā)制人把他消滅在發(fā)射井里。

如果把發(fā)射井比成DNA， 而射出去的ICBM是RNA的話，RNA干擾就仿佛是在ICBM的末端攔截，攔得再好也不如把對(duì)方直接消滅在發(fā)射井里，CRISPR就是攻擊DNA這個(gè)基因信息發(fā)射井。

2006，如日中天的siRNA干擾技術(shù)拿下諾獎(jiǎng)之后，有些人對(duì)miRNA的前景有點(diǎn)擔(dān)心，因?yàn)檫@兩個(gè)體系的分子機(jī)理實(shí)在太類似了，從來(lái)就不乏選擇的諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)也許很難把獎(jiǎng)再次頒給一個(gè)如此相關(guān)的領(lǐng)域。但是隨著RNA干擾如此快速地走下神壇，也許委員會(huì)的審美情趣又重新回到了生物分子功能的重新界定，終于讓等了30年的miRNA的英雄們名至實(shí)歸地凱旋。

多說(shuō)一句，諾貝爾委員會(huì)的關(guān)注重點(diǎn)除了上述的兩個(gè)方面外，我認(rèn)為還有第三個(gè)：突破性的醫(yī)學(xué)成就。例子包括體外受精技術(shù)的發(fā)明，治療瘧疾青蒿素和腫瘤的免疫治療，預(yù)防新冠的mRNA疫苗，等等。

從miRNA到siRNA, 再到CRISPR, 你不得不驚嘆科技的長(zhǎng)江后浪推前浪，但是前浪不會(huì)就被拍死在沙灘上，因?yàn)橹R(shí)是累計(jì)的，科學(xué)在螺旋中前進(jìn)。你再看看今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，其實(shí)又何嘗不是如此呢？

DNA和RNA僅僅解決了蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，也就是他們氨基酸單元的序列。如何解開(kāi)蛋白質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)？

這個(gè)始于1915年的諾貝爾獎(jiǎng)得主布拉格父子，他們找到了通過(guò)X光對(duì)小分子晶體照射產(chǎn)生的電子衍射圖反推物質(zhì)晶格排列的方法，其中25歲的小布拉克至今仍是歷史上最年輕的諾獎(jiǎng)得主；1962年，用這個(gè)原理解出了血紅蛋白結(jié)構(gòu)也獲得了諾貝爾獎(jiǎng)；后來(lái)是復(fù)雜的核糖體和跨細(xì)胞膜的離子通道結(jié)構(gòu)被解開(kāi)，都是諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的成就。

X光衍射技術(shù)的限制在于必須在溶液中獲得蛋白質(zhì)的結(jié)晶，這個(gè)過(guò)程極其費(fèi)力，而且有的蛋白質(zhì)是無(wú)法結(jié)晶的。所以在2017年，一項(xiàng)叫做冷凍電鏡的技術(shù)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，它是把蛋白質(zhì)及其溶液冷凍后用高能電子掃描，直接獲得蛋白質(zhì)在活性狀態(tài)中栩栩如生的圖像，省去了獲得晶體這一個(gè)瓶頸步驟。

冷凍電鏡技術(shù)雖然簡(jiǎn)化了，但是你至少還得做實(shí)驗(yàn)吧。能否不做實(shí)驗(yàn)而直接預(yù)測(cè)？Christian Anfinsen由于嚴(yán)格論證了蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定它的立體結(jié)構(gòu)，從而在1972年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這就給蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)奠定了理論的可能性。今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半授予了谷歌deepmind的兩位大神，他們開(kāi)法的阿爾法折疊算法體系在權(quán)威的蛋白評(píng)級(jí)競(jìng)賽中得分幾乎完美，成為近些年計(jì)算生物學(xué)的最大革命。

那么是否說(shuō)明實(shí)驗(yàn)科學(xué)就過(guò)時(shí)了呢？遠(yuǎn)非如此，靠純理論計(jì)算的話，他們的模型遠(yuǎn)非完美，但是通過(guò)對(duì)已有蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的建模，就能大大提高預(yù)測(cè)的精度。這些數(shù)據(jù)庫(kù)是哪來(lái)的？當(dāng)然是來(lái)自實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家的埋頭苦干。