正文 第10章 法國分子生物學元勳——莫諾(1)(1 / 2)

20世紀中期有一位傑出的分子生物學家,他和雅各布等人一起在分子水平上探討了基因的調控機製,創立了操縱子理論。這一理論在生物學史上具有劃時代的意義,其重要性有人認為不亞於沃森和克裏克的DNA雙螺旋分子模型。他的科學成就和極富傳奇色彩的一生給人留下了深刻的印象。他是誰呢?他就是雅克·莫諾。

1910年2月9日雅克·莫諾於生於法國巴黎。父親盧森·莫諾是畫家,愛好音樂和讀書,對達爾文進化論有特殊興趣,對莫諾影響很深。母親是蘇格蘭血統的美國人。莫諾是他們家的第三個兒子。幾經輾轉後全家於1917年定居法國東南地中海城市戛納。莫諾的中學教育就是在這裏接受的。1929年,莫諾進入巴黎大學生物係,1931年獲學士學位。在北部生物實驗站實習期間,莫諾結識了泰瑟爾、拉普金、萊沃夫和埃弗魯西四位法國生物學家,他們對莫諾的科學生涯具有十分重要的影響,特別是萊沃夫一直是莫諾的老師、同事和終生摯友。

莫諾大學畢業後受過一年微生物學訓練,研究過三年單細胞纖毛蟲,還到過格陵蘭進行生物學考察。1934年成為巴黎大學動物實驗室助教。1936年,埃弗魯西得到洛氏基金會資助在法國發展遺傳學,他看中了莫諾,便帶他到美國摩爾根實驗室學習一年。在那裏,莫諾深受摩爾根小組學風的影響,也從此進入遺傳學研究領域。

莫諾回國後在泰瑟爾的領導下準備博士論文。從1937年起,他聽從萊沃夫的勸告和指導,改用大腸杆菌進行生理學研究。在實驗中,他發現了所謂“二階段生長曲線”的現象,這實際上已經是莫諾關於基因調控研究工作的開端。

1938年,莫諾與布魯爾結婚。她是一位考古學家,對中國西藏和尼泊爾藝術有專攻,後來成為一座博物館館長。他們生有一對孿生子,後來一個成為物理學家,一個成了地質學家。

二戰爆發,巴黎淪陷。莫諾參加了反法西斯的地下抵抗運動,科學研究工作時斷時續。1941年夏,莫諾取得博士學位。他把猶太血統的妻子和兩歲的孿生子送到鄉村,自己留在巴黎堅持鬥爭。由於敵人的搜捕,1943年莫諾被迫離開巴黎大學,轉到巴斯德研究所萊沃夫實驗室,一邊從事反法西斯鬥爭,一邊研究細菌中的適應酶問題。

1944年底,戰爭總算結束,莫諾退役回到巴黎大學,全身心投入科學研究工作。由於他的工作不受學校重視,1945年秋他又轉到萊沃夫所在的巴斯德研究所,在微生物生殖實驗室繼續其大腸杆菌生理的研究。1953年任細胞生物化學係主任,1971年任巴斯德研究所所長,直至1976年逝世。

莫諾關於基因調控理論的研究,始於1937年他用糖液培養大腸杆菌過程中發現的所謂的“二階段生長曲線”這一異常現象。本來,用各種單糖、雙糖或其混合物為能源培養細菌,其生長速度是糖濃度的函數。但是,當莫諾用葡萄糖和乳糖同時作為能源時,曲線開始上升,在葡萄糖用完時,曲線變得平坦,過一段時間以後再上升。這就是所謂“二階段生長曲線”。莫諾開始以為是發生了某種抑製作用。但萊沃夫告訴他,消化乳糖的酶需要一段時間以後才出現,類似於早先有人提出過的“酶的適應作用”。莫諾在相當長的時間裏受這一思想影響,直到1943年,莫諾在研究了前人的許多實驗和假說的基礎上仍然認為,他在細菌中發現的二階段生長曲線是表明酶的適應作用的一種特殊生化模式。可以說,莫諾從1943年開始,一直堅持的指導思想是:“適應酶”是由於對“底物”的適應,是從體內已經存在的“前體”轉變而來的。但是到1948年,由於他和美國紐約大學的科恩的合作研究,他宣布放棄“酶的適應作用”的概念,建立起“酶的誘導作用”的概念,亦即分解乳糖的酶是由於“底物”的誘導產生的。“適應酶”也從而改稱“誘導酶”。這時,莫諾發現在乳糖代謝中不是隻有一種酶而是有三種酶的共同參與。除了半乳糖苷酶外,還有半乳糖苷通透酶和半乳糖苷轉乙酰酶。這三種酶都由一個共同誘導物激活,莫諾推論控製這三種酶合成的基因在染色體上必定是相鄰的。

1950年,原來學習外科醫學的弗朗索瓦·雅各布由於興趣的驅使,到萊沃夫實驗室作研究生。他思想活躍,善於鑽研,長於實驗。他的到來,促進了莫諾的研究。特別是他建立的細菌有性繁殖遺傳實驗分析方法對莫諾乳糖體係研究計劃的開展起了關鍵作用。1957年9月,更由於美國加州伯克利大學病毒實驗室的帕迪利用休假來到莫諾實驗室工作,使他們三人有機會得以共同進行一項用細菌遺傳分析研究乳糖體係的計劃,這就是在科學史上十分有名的所謂“Pa Ja Mo實驗”,Pa、Ja、Mo分別由三個人姓名的前兩個字母拚成。這一實驗對乳糖操縱子理論的建立起了決定性的作用。