WLA科学家说⑧ | 寒门里走出的博士后,以色列的“居里夫人”
2021-05-14
WLA上海中心
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编者按:2009年诺贝尔化学奖得主、世界顶尖科学家协会(WLA)指导委员会成员阿达·约纳特(Ada Yonath),有着一头好看的卷发,讲话的时候目光炯炯有神,活力十足,让人很难意识到她已年过八十。

  而关于约纳特的卷发,以及她获得诺奖的核糖体(同样是卷曲结构)研究,以色列国内还诞生了一句新谚语:“卷发就是满头的核糖体”(Curly hair means a head full of ribosomes)。

约纳特“年度好外婆”的画作,将约纳特的卷发画成了核糖体的样子 图 | WLF

  在去年第三届世界顶尖科学家论坛(WLF)上,约纳特用“儿童绘画”,言简意赅地介绍细菌中的蛋白质生成,并以生动形象的比喻讲解抗生素的作用机制。在会上她还自嘲“大家都说我是一个爱做白日梦的人”,不拘一格幽默风趣的她给很多人留下了深刻的印象。而在本次推送中,可以看到她颇为传奇的过往经历。

  她出身于一个贫寒的犹太家庭,从小就有着强烈的好奇心——哪怕以摔断胳膊为代价;尽管求学之路相对顺利,但在后来科研生涯中历经了众多质疑,其中便包括了“白日梦”评价;而她二十年如一日地坚持自己的研究方向,最终证明了自己的正确,荣获“以色列的居里夫人”的美誉。

 

  阿达·约纳特是以色列魏茨曼科学研究所结构生物学系教授,因对“核糖体结构和功能的研究”,与文卡·拉马克里希南(Venki Ramakrishnan)和托马斯·斯蒂茨(Thomas Steitz)一起获得了诺贝尔化学奖。她也是继居里夫人、约里奥-居里和霍奇金之后,第4位获诺贝尔化学奖的女科学家,填补了这一奖项自1964年后近半个世纪以来女性得主的空缺

  核糖体是生物体中蛋白质合成时极其重要的分子机器。约纳特教授聚焦于核糖体的X射线晶体学研究,确定了核糖体完整的高分辨率的三维结构,确认了新合成蛋白质的通道 ,并发现了引导多肽聚合过程的通用对称区域,揭示了核糖体合成蛋白质过程中延伸捕获、门控、细胞内调节以及蛋白新生链的运输等动力学过程 ,阐明了蛋白质合成过程的作用机制。为开展核糖体的晶体学研究,约纳特教授开创性地建立了低温-生物晶体学,它可以针对一些复杂的项目,目前已经被广泛应用于结构生物学的研究。

 

从寒门里走出的博士后

约纳特参加第一届世界顶尖科学家论坛 图 | WLF

  约纳特于1939年出生在耶路撒冷一个贫穷的家庭。他们与另外两个家庭拼租,挤住在一间四居室的公寓里。童年时期,她的父亲身体不好,常常住院手术,但艰苦的生活条件并未削弱约纳特对周围世界的强烈好奇心,她对其展开了积极的观察和探索。“我曾试着用公寓里的家具来测量我们一楼小小阳台的高度。”她回忆到,她叠起了两张桌子,又在上面放了一把椅子和一张凳子,但仍不能触到天花板,于是她就爬了上去。结局是她狠狠跌落到了阳台之外的花园里,摔断了胳膊,且最后也未能得知阳台究竟有多高。

  约纳特的父母都在传统宗教家庭长大,男性接受犹太教育,女性则学习家庭技能。不过,尽管贫穷,她的父母并未依照传统方式来培养子女,约纳特被父母想方设法地送到了一所非常有声望的非宗教语法学校“Beit Hakerem”,接受了正规教育。

  在11岁时,约纳特的父亲永远地离开了他们,经济情况更加糟糕。为了帮助母亲补贴家用,小小的约纳特从那时起就开始打工。“我做过各种各样的工作,打扫卫生,照顾小孩,给小孩提供私人辅导。”约纳特说,尽管生活艰难,但母亲对她学业的支持从未停止。

  在求学之路上,约纳特一路还算平稳。在医疗部队服义务兵役时,她有幸接触到了临床和医疗事务,于是她在兵役结束后考入了耶路撒冷希伯来大学(Hebrew University of Jerusalem),学习化学、生物学、生物化学和生物物理学,并获得了本科与硕士学位。紧接着,她在以色列魏茨曼研究所专攻X射线晶体学,解析胶原蛋白的高分辨率结构,并拿到了博士学位。

  随后,约纳特相继在美国宾夕法尼亚州匹兹堡梅隆研究所(Mellon Institute)和麻省理工学院(MIT),完成了博士后研究,探索了纤维蛋白(肌)和球状蛋白葡萄球菌核酸酶的结构。1970年底,约纳特回到了魏茨曼研究所,发起并建立了以色列第一个生物晶体学实验室,该实验室也是后十年里此类研究的唯一实验室。

  然而,她的科研之路却不是那么顺利。

 

在怀疑和嘲笑中勇攀科研高峰

约纳特参加第二届世界顶尖科学家论坛 图 | WLF

  重回魏茨曼研究所几年后的约纳特,年轻且雄心勃勃:她想揭示一个有关活细胞的重要问题——蛋白质生物合成的过程。核糖体在这一过程中起到了关键作用,它能转录DNA信息并指导相关细胞器完成蛋白质的合成,但过程中的具体机制并不为人所知。约纳特认为,只有知晓核糖体的空间结构后,才能对整个过程有一个全面的图景。而如果要得到核糖体的三维空间结构,她需要获取核糖的晶体。

  可是,由于核糖体是蛋白质和RNA单链的复合物,其结构异常复杂;它非常不稳定,且缺乏内部对称性,获取结晶几乎是一项不可能的任务。

  于是,这项长达二十年的漫长征途开始了。约纳特进行了数万次的试验,期间无数次被国际科学界视为“白日梦者”、“空想家”。约纳特回忆起当初她听过的诸多质疑,如“为什么要研究核糖体?它们已经是个‘死物’了,这没有出路”;“我们已经知道了关于它们的所有知识,你可能研究到自己临终,也无法拿到结果”......但她并不十分在意,“只要试验还可以继续,我便心无旁骛”,并且很看得开,“如果没成功,最多也不过就是哄堂大笑”。最终,她赢得了这场“孤胆英雄的战争”。

  “我把这项研究比作攀登无数珠穆朗玛峰,当你攀登完这座后,一抬头,会发现还有一座更高的珠峰在前面等着。”她说。

  一个小插曲是,在这场胜利中,北极熊也起到了不小作用。约纳特曾不幸遭遇了一场自行车车祸,她在休养期间阅读了关于北极熊的故事,它的冬眠行为给约纳特带来了新启示,从而推动了她寻找如何让核糖体结晶的研究。

  对科学家而言,真正的科学发现才是至关重要的。约纳特对自己的成果表示欣慰,核糖体不但不是“死物”,而且还活蹦乱跳,从酵母和细菌到哺乳动物,核糖体活跃于所有细胞生物中,它们的活性位点结构在整个进化过程中得到了极好的保存,由此,核糖体的高分辨率结构促进了许多更深入的研究

  约纳特的成果不仅可以帮助开发更有效的抗菌药物,还可以为科学家们提供抗击耐药细菌的新武器——而这被称为21世纪最紧迫的医学挑战之一。

 

以色列的居里夫人

  “长大后,我就成了你。”用这句话来形容约纳特毫不为过。居里夫人是约纳特小时候的偶像,而她后来也被冠以“以色列的居里夫人”这一美誉

  当年,一方面出于对生命基本过程的好奇,另一方面也是为了证明自己,她迎难而上,报考了“最难考”的化学专业。她和居里夫人一样坚韧,一路披荆斩棘,不畏艰难险阻,坚持自己的想法,二十年如一日地将研究进行到底。

  同时,尽管她是自1964年后诺贝尔化学奖的首位女性得主,但她并不认为自己的女性身份在科学界受到了任何挑战。在她看来,男性在科学界的竞争也同样激烈,而自己的课题实在是过于困难——被很多人否定过——以至于自己根本无暇顾及其它,只能专注研究。她强调,科研没有性别之分,只有是否具备野心之分。虽然获得诺奖很令人激动,但她更享受科学发现本身带来的快乐,而不是各种其它奖励。

  不过,在她因核糖体研究获得诺奖后,很多年轻科学家因此备受鼓舞,对核糖体相关领域的研究产生了兴趣,这也让约纳特感到十分欣慰。

  而当被问到给年轻科学家的建议时,基于自己的传奇经历,约纳特说:“我能给出的最佳建议就是:不要询问别人的建议。”她解释道,“每个人的起点不同,所从事的领域有所不同,个人的兴趣爱好、专业特长也不尽相同。”但她强调了好奇心在科研工作中的重要性,“如果你的科研工作始于一点点小小的好奇心,那么你就会收获无穷、获益良多。那些突如其来的发现不仅令人印象深刻,还会带来意想不到的惊喜。”

 

特约撰稿 张泽茜

编辑 冬青子

责任编辑 羽 华

 

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