《生物学概念与途径》课程由饶毅2008年在北京大学设立和主持，面向所有大学生和研究生，目的是让年轻的学生了解生物学历史上，一些重要的概念是如何提出的，一些重要的途径和方法是如何用来解决重要且有深刻意义的生物学问题的。 大部分内容由饶毅讲授，带着大家一起解读1866年孟德尔的遗传学论文，解读1910年摩尔根的果蝇论文，解读1944年Avery、McLeod、McCarty如何提出DNA是遗传物质的论文。这些经典性的工作，让我们从思想上理解科学研究是怎么做的。 北京大学物理系的汤超教授、哈佛大学的谢晓亮教授、北京生命科学研究所的王晓东教授、北京大学化学院何川教授、清华大学的施一公教授、北京大学的植物生物学的邓兴旺教授和顾红雅教授，分别从物理的定量、化学与生物的交叉、生物化学的经典实验、化学角度的生物大分子、结构生物学、现代农业生物技术与种业发展、驱动演化的“力”等多学科，多角度讲授重要的概念和途径。 本课程重思想，重交叉，重培养学生的科学能力；培养科学研究的价值观（比如判断什么是好的科学），力求为未来科学探索树立参照系；老师提供一个起点，能看的多深，发展多远，取决于同学们的天赋和努力。 希望大家通过我们的慕课有所收获。
7.肺炎球菌的转化与转化因子
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Del curso dictado por Universidad de Pekín
生物学概念与途径
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De la lección
DNA—遗传信息的载体-饶毅
基础研究通过推进人类认知进而可能解决人类面临的问题，而人类面临的问题通过刺激科学研究也可能推进人类认知。不同研究途径的科学前沿间的意外交汇往往使我们对问题的认识达到质的飞跃。本次课程讨论的基因物质基础的研究历程，即对遗传科学问题的好奇与对肺炎医疗问题的需求合力推动人类认知的典型实例。Friedrich Miescher、Albrecht Kossel、Phoebus Levene、Torbjörn Caspersson等从生物化学角度分析染色体的化学成分。Gregor Mendel、Walther Flemming、Theodor Boveri、Thomas Morgan等着力于染色体生物功能的研究，并由此诞生与发展了遗传学。而对肺炎致病性细菌流行病学研究中，Fred Griffith、Oswald Avery、Colin MacLeod、Maclyn McCarty等逐步揭示DNA为遗传信息的载体。以上异途同归的研究刺激了Rosalind Franklin、Maurice Wilkins、James Watson、Francis Crick对DNA结构的解析，分子生物学也随之诞生。
Conoce a los instructores
饶毅教授
[音乐]
转化的物质基础是什么，
是Avery实验室做出来的。我们知道Avery早就知道有转化，1916年就知道。
他实验室Laura Stryker和后来的Hobart Reimann，
1925年都做过转化。那他为什么等到1944年再来做转化的物质基础？
因为他认为自己有更重要的工作要做，当时转化是不是重要，转化有多大重要性，
是不清楚的。我有抗血清，可抑制肺炎球菌致病，
可以找到治理的方法，这不是更重要嘛。所以他当时集中
精力是做更重要的工作，当时认为更重要的。而这个
不清楚重要性的工作他没有花很大的功夫在做，他一直想到了这个问题但是没有在做，
或者做的不多，我们应该这样说。结果是重要的工作他认为大家都认为重要的工作，
结果最后重要性远远低于大家想不到重要性的这个工作。
因为大家没有办法想到，等你做完了以后才知道。
他想做的事情有一部分做到了，诊断、治疗、预防肺炎球菌是他很想做的。
有些他当时是做不到的，还有些他没做，他的学生的学生做到了。
所以Avery是1877年
出生于加拿大，他父母是英国移民加拿大人。
那10岁的时候他跟他父母移民到纽约，他学过医，但是他对
研究更感兴趣。一开始他是研究肺结核，
后面1913年洛克菲勒医学研究所附属医院的院长
Cole看中了他研究传染病的论文，请他到洛克菲勒
研究所的医学院、医院来，从此他就
研究肺炎球菌。当然他的合作最早就是Dochez，Alphonse Dochez。
他在1916年，也就是说到洛克菲勒医学研究所
附属医院工作三年的时候就提出过，他跟Dochez提出过抗生长免疫。
这是他一生的一个blunder，他这个搞错了。
刚去三年就搞错了，所以他以后就一直生怕自己会有错。
所以等他有对的时候他也是犹豫了很久，是有相当犹豫程度.他不光错，
他的自己同事包括他院长就知道这个东西错掉了，你们搞错了。
他，
对于肺炎球菌抗原性是细胞荚膜多糖。
荚膜的多糖造成的，这是他很重要的贡献。那么用肺炎球菌来，
用抗原、多糖抗原来追踪和分型
肺炎球菌，到今天还是用这个方法。到2013年这篇
文章总结，2013年总结，
肺炎球菌可以分93型，所以Avery的工作是在当时是对
这个诊断肺炎球菌是有帮助，他不是先驱，他是重要的一个贡献者。
他的发现多糖抗原性是原创性发现的，分型其他人的工作而继续。
那么我们除了可以用抗血清治疗，那是不是既然是多糖那找一个多糖的降解酶，
不是也可以治疗肺炎感染吗？1927年，
他在洛克菲勒医学研究所餐厅里吃饭的时候，
碰到了一个学生。这个德国人Rene Dubos，
是 Rutgers, New Jersey的
学生。他是这个，是这个发现
链霉素的实验室，Waksmam实验室的学生。然后他要到
洛克菲勒医学研究所的原因，是因为他找洛克菲勒研究生一个法国的
诺贝尔奖金获得者。他在跟他谈话，谈话的时候我们去吃午饭吧，吃午饭的时候正好坐在 Avery旁边，
两个人一拍即合。Avery说你应该到我实验室来，你会做这个
会养细菌，那你应该在细菌里面找一点细菌的多糖。
以后帮我们把这个土壤里面细菌除了有抗生素就不可以有别的东西吗？ 当时他不是在讨论抗生素，1927年还没抗生素。
他把他说服过来说找降解多糖的酶，所以
Dubos就来了洛克菲勒研究所。跟Avery一起，他们就找到了降解荚膜多糖的霉，
然后就能，如果你在动物里面就能治疗肺炎球菌，
感染呐。你把多糖降解，那个球菌荚膜就破了，破了以后致病就下降。
可是酶是蛋白质啊，好不容易分离纯化到酶，量也不多，
你还要打到人身上去，会有很多问题啊。
蛋白质本身就是抗原，又会产生免疫反应，会产生过敏。
过敏太厉害了还有很大的病，然后啊，你要治疗也是不方便。所以这个方法在当时是不容 易用的。
但是，当时不容易用还有一个原因，他们推出不久以后，
抗生素就有了。抗生素当然是小分子，这个比你这个，
打蛋白质进去治疗要容易，所以一下子给替代掉了。以后他这个方法还有人这个好像rescue了他。
没有rescue这个方法，rescue别的。治疗，所以他这个方法没得到用处，预防他有贡献。
预防既然抗血清可以，以后这个他的学生MacLeod，
再有学生叫Robert Austrian，在1964年，
就通过他们原来抗血清这个方法，他们治疗的
抗细菌荚膜多糖的抗原的，
用这个去做疫苗也就是抗体，
可以用来预防儿童肺炎，而且这个方法后来还用。
所以他对于诊断的贡献是有，
对于治疗的贡献，做了工作，最后那个方法没有用。
对于预防，他的方法，
在他在世的时候没有用，他的学生的学生把那个方法再做的更好了以后，
预防的方法，对付肺炎的疫苗，
是和他当时的方法是一脉相承的，只是更好。
所以这是他对诊断、治疗、预防极力做的工作。
是这是他的有心栽花，他
在早期不是很着重的一个工作，
最后是他最重要的工作，最根本性的工作。
这几句话对于你们比较有用，等你们长大了，就觉得这几句话是跟中学生说的。
所以细菌转化实验在他实验室不是一个主要的方向。
但是呢，1916年Laura Stryter做了；1923年，
这个Griffith实验以后，Avery实验室Reimann 25年，
在这个洛克菲勒就做了；
Reimann到协和以后1927年、
1929年又发表了同样的工作。所以Avery对这份工作应该是相当了解的。
因为他是多个学生做这种工作。最早的时候他
怀疑Griffith实验对不对，但自己实验室和其他实验室都有人
重复了Griffith的转化实验，所以他也知道转化实验是对的。
然后他就是开始想，
转化实验，那么在
体外做，不在体内做。就是说原来Avery是把这两个东西同时打进去，
就是体内进行的转化。他说我不要在体内，我在体外转化，
我把它们两个在体外培养以后，然后再打进去。
开始的时候没做成，他实验室的Dawson。
Henry Dawson没做成，后来做成了。
做成了以后Dawson，他的学生 Dawson，Henry Dawson搬到Columbia，同一层的上层。
然后协和医学院去美国进修的谢和平
跟他一起合作，然后说我们就根本不要打进去，
我们就一种型跟一种型在一起，然后我们处理以后去看它有没有变化。
然后不仅看，我们把这种呢
不要做成两个活细胞，这一种呢我就把它打碎掉了，
变成叫cell-free，不再是细胞，细胞的提取物。
我把细胞的提取物，有致病性的细菌做细胞提取物，处理没有致病性的细菌，
看没有致病性的细菌在形态上、抗原上和致病性上有没有改变。
然后发现有。
所以这样的话就说明，有致病性的细菌里面不需要细胞，
只需要它来源的分子，就可以使无致病性的细菌，
在形态、抗原性和致病性上
有改变。所以这样转化实验，
以前是两种细胞，或者死细胞、活细胞，但是这变成了提取物和细胞。
提取物和细胞的话，那么提取物就可以
去筛选里面是什么分子。
这是
现代科学和中医的差别，中医是停在原来以后就不往下走了，
我们现在有现代科学的时候，就是说，那既然这里有活性，我们能不能拿到一个或者多个分子？ 你不能说有现象以后，就一定是多个分子参与。
在理论上，这相当于青蒿里面发现青蒿素的原理是一样的，
方法是一样的。
然后，Avery实验室走了一个人，Dawson走了以后，他又来了，
Alloway再来试。他就试Ⅰ型或者Ⅲ型S作用于Ⅱ型的R，
他又发了两篇文章，1932、1933，
说提取物有转化活性。
既然，我大概说错了一点，大概是Dawson没有做到，提取物有
转化活性，所以Dawson、谢和平在1931年提取物他没检测到转化活性。
你也可以不做了，你也可以说我就不信， 再来一个博士后叫他再做一遍，这个博士后说，Alloway
就说做出来了，提取物有转化活性。
那么提取物有转化活性那么就应该提取提取物里面的，分离它这里面到底是什么分子，
这就是biochemistry，所以这是一个微生物学的实验室做 biochemistry，做生物纯化。
所以Dawson和Alloway都走了以后， 还来了一个叫Edward Rogers，1932年
到1934年应该继续了这个研究，但是他没有进展，所以他没有论文发表。
1934年到40年代初。
这个照片放错了，这又放成了这个Avery的照片，应该换一张。
Avery就请了Colin Macleod做实验，这个照片错了。
Macleod是15岁高中毕业，23岁加拿大的McGill
大学医学院毕业，然后到纽约大学做微生物系主任只有32岁。
他做最重要工作的时候只有35岁，发表的时候只有35岁。
他就是从Dawson和Alloway
那边接下课题来，在S类的细菌里提取物获得能够使R类细菌转换的物质。
其中1934年到1941年，他就在摸索不同的条件。
因为你既然不知道那是什么分子，用什么东西提取它也是不知道的，所以换不同的生化试剂、
化学试剂，看哪一个可以让它多沉淀、多萃取，多换不同的步骤来做。
然后他在做的过程中，他不能Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型一直乱用，
他把其中一个Ⅱ型的S类传了36代得到一个
不感染的Ⅱ型的R36A株。
这一株呢就是它肯定不感染，自己不会突变成
S型，那么就可以稳定地保持，这样就可以用它来检验什么东西可以转化它。
然后他也一直在探索改进S类的提取方法，
他在其他方面的研究做得比较好，发表了论文，所以他可以去找工作。
他做这一批，从34年到37 年，这个进展是很慢，所以他做得很没趣，都没发表文章。
Avery本人又得了一段时间的病，然后到43年他年纪大了，强制性退休。
这正好是二战期间，二战期间需要微生物学家，所以他虽然名义上退休，还可以继续工作，所 以他的实验室
还继续保持。要不然他这个1943年就把他实验室关掉了的话，
他44年就没论文了。
他有一个学生在1965年，事后诸葛亮，他说我
1936年的笔记上记了这个Avery说过
这个转化因子，写错了转移因子，转化因子不是碳水化合物、不是蛋白质，是核酸。
我在这里要跟你们说一下，你们现在要碰到大量中国的研究生不记实验笔记的，
你们一定要记实验笔记。
就是你们做学校，中学、大学叫你们
做的实验的时候，很多人叫你们写实验笔记，这个实验笔记实在是枯燥无味， 但是你不能因为这次枯燥无味、
无趣以后，等到你自己做研究的时候，变成了不记实验记录。
一定要记，实验目的、实验方法、
实验结果、实验分析，有些结果太多了，是在计算机里面的，你要在
纸质的笔记本上说，结果大概是、主要结果是什么、结果是什么、我结论是什么。
学那些人把它都记在计算机上是一个极端的错误，错误之一
是你不能仔细好好思考，你不能把自己一些想法，对的、错的想法 组织起来，以后可以查看。
第二个是你是没有记录，计算机上只有结果没有结论、没有分析，所以以后你跟谁争
谁先谁后，计算机上不算，到时候你是用哪个结果，你根本不知道你得到了什么结果，你没有结论，
你在纸质笔记本上写。
第三，你到时候怎么去找。
第四，你过了十年、二十年以后怎么用， 回顾自己这个怎么做的，有一部分东西对你以后有提示，你可能回不到同一个实验室来。
实在不行了，你到时候还要写自传的时候，这个东西在哪里，都没了，都在计算机上飘掉了，得搞得清清楚楚。
有人看我微信，发我四年级的这个成绩报告单哪里来的，
这一定有来源的，小学四年级的成绩报告单。
这顺便要说一下，你们都得记住，不要 笑了以后就忘掉了，然后不能跟着其他学生学，那些学生都是瞎搞。
你大学做实验记不记笔记，I don't really care。
但是你做自己的研究的时候，一定要记笔记，记纸质的笔记，留一辈子。
这很重要啊！
这个我有个比喻，红军长征途中被打得屁滚尿流，
结果他居然把他的电报要留着。所以这个当年的红军是过高地估计了自己的历史重要性。
你这给打得要死，这个还有挑夫帮你挑这个电报的存稿干什么？
你挑吃的和枪就行了，电报都扔了。其他的军阀都是不留电报存稿的，只有这个红军
打得要死的时候，还留着这个电报文稿，还准备有朝一日要互相要算历史总账，后来还算， 还真算。
所以你留着实验笔记也是这个意思，你自己要对自己有这么多的重视，别人才会重视你。
要不然你都扔掉了，你就跟这个土豪、这个军阀是差不多。
1940年Avery也加入了Macleod
做实验，因为他实验室，有时候他自己不要做实验，学生、PostDoc做就可以了。
他也做了，然后他们在改进方法，一个是用氯仿，可以去除蛋白质。氯仿，你们现在制 DNA的时候，有一步是加氯仿。
氯仿一加，这个蛋白质很多到氯仿里面去了，还变性了，这个分离，这个可以摇掉了 这个 DNA不会进去。
他们实际上在1941年1月28号笔记本上
知道在他们提取的转化活性里面应该有
DNA和RNA，这是没发表的结果，但是查笔记可以查到。
然后1941年，Macleod 离开他的实验室去纽约大学做微生物系主任，他已经待在实验室工作得够久了。
他走了，Avery再请McCarty再加入这个工作。
McCarty是Stanford的本科，Hopkins医学院。
那他也不要做医生，要做研究。然后McCarty
来了以后，Avery叫他选，说我实验室有这个这个， 他说这个转化因子我愿意参与分离。
Macleod先用多糖的降解酶，这不是这个Avery跟那个
René Dubos找到了多糖降解酶嘛。他把多糖降解酶丢下去，说
这个转化因子肯定不是多糖，因为降解了多糖以后，这活性照旧，一点也不减弱。
然后他们做做做，到了1942年
的夏天，就觉得转化因子，写错了转移因子，转化因子很可能是DNA。
他说如果这样的话，我这个方法，我就得去问问这个Phoebus Levene
实验室。Phoebus Levene 1940 年去世了，他们
都是洛克菲勒医学研究所，化学部的主任是Phoebus Levene，1940 年去世，但他的学生还在。
而这个微生物的这边，这个Avery
这个McCarty，如果觉得是DNA，那我们不去问问他的学生吗？
所以他们就去问他的学生，等一下我会说那个学生叫什么名字，我一下忘记了，我们书上有。
然后他的分离纯化的方法就偏向分离纯化
DNA的方法，然后他们会教他这个要加什么乙醇啊，
是70% 的乙醇啊，呯咚就会降解，降解的时候它会沉淀，沉淀的时候你拿个棍子，玻璃棍子或者木棍子，
在摇的时候，你就让它缠在那上面，这个东西再一拉拉出来，沉淀下来就一大堆就是 DNA，就相当纯的DNA。
他要分离纯化的时候，那要分离大量，那就要养两到三百升的细菌，这可是
肺炎球菌哪，这个养这么多还要去离心，
一不当心，这个全……他们所有这个学校的人都给他
搞死了，所以他要认认真真地做这种研究。
然后1943年做完实验，暑假他的老师Avery
开始写文章，11月的时候投稿，所以1943年的时候他投稿。投稿因为
实验医学杂志就是他们医学研究所办的杂志，所以就是写好了以后走到办公室去交过去就可以了。
他在1943年的时候，Avery曾经4月份
就给洛克菲勒医学研究所的
学术董事，董事会的学术科学董事们有报告。报告就说了转化因子是核酸，
因为他们结果都，43年就有了。
[声音]
43年，
他们曾经咨询过其他这个核酸专家，其中有一个专家告诉他们，这个 Max Bergmann，
他说这个有人说这个核酸都是一样的，不管哪里来都一样，他说这个就是胡说八道，是
nonsense， 这个根本没有做清楚，就这样乱说了。
这个McCarty跟他自己妈说过，我们终于做出来了。
所以1944年，Avery、Macleod、McCarty
在实验医学杂志上发表肺炎球菌型的转化，
《诱导肺炎球菌型转化的物质的化学本质的研究》。
看你怎么说，你如果从生物学方面来说，这是20世纪最重要的科学论文。
因为没有它，就不可能有DNA双螺旋。
DNA双螺旋是在DNA重要的情况下，说DNA是怎么
起作用的，而如果你都不知道DNA重要，双螺旋重要就不重要。DNA
如果不重要，双螺旋就不重要，因为DNA重要，双螺旋才有重要性。
所以这两篇文章，1944年Avery、Macleod、McCarty和 1953年的Watson、Crick肯定是20世纪最重要的两篇文章。
一定要比，我会觉得1944年更重要。有一部分人可能觉得1953年
更重要，那原因是他们 读得文献不够多，对生物学理解得不够深入，
人比较肤浅，以诺贝尔奖金为代替自己的思维能力。
[声音] [笑声]
你们下午几点钟有课？现在你去吃饭也吃不了，人太多了。
所以我们再讲一讲。
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