高中生物科学家小故事微生物学家传染病学家格里菲斯

微生物学家、传染病学家格里菲斯弗雷德里克·格里菲思(FrederickGriffith，1877年-1941年)，英国微生物学家、传染病学家与肺炎病理学家，“格里菲思试验”试验操作者，发觉了“转型定律”。从19世纪后期到20世纪初，很多科学家相继发觉，染色体是遗传物质的主要载体，遗传物质能经过减数分裂和受精作用在生物体前后代之间传递，这种传递与染色体的行为有关，染色体在生物的遗传中具有重要作用。染色体的主要成分是DNA和蛋白质，那么这两种物质中，原委谁是遗传物质呢？在相当长的时间里，人们始终把蛋白质作为遗传物质，因为那时人们对蛋白质的相识比其他生物大分子深化，并且已知蛋白质由多种氨基酸通过不同的排列依次构成，蛋白质的分子结构具有多样性，可能蕴含大量遗传信息，因此，当时大多数科学家认为，蛋白质是生物体的遗传物质。后来，科学家们接连向此假设提出挑战，而这其中就包括了格里菲思。格里菲斯于1877年底诞生于英格兰默西塞德郡（原属柴郡）的普雷斯科特，曾就读于利物浦高校。此后，他在利物浦皇家医院、约瑟夫泰试验室和皇家结核病委员会工作。1910年，格里菲斯受雇于当地政府委员会。在第一次世界大战期间（1914-18年），地方政府委员会的试验室被国家政府接管，成为卫生部的病理试验室，格里菲斯在那里担当医务官。英国政府在试验室上花费的资金很少，试验室特别简陋。但是格里菲斯和他的同事威廉-M-斯科特“用一个煤油罐和一个原始炉子做的事情比大多数人用一座宫殿做的事情还要多”。格里菲斯收到了从全国各地病人身上采集的肺炎链球菌样本，积累了大量的样本，并将对每个肺炎球菌样本进行分类，以找寻肺炎流行病学的模式，格里菲斯还在小鼠身上进行试验，以提高对其病理学的理解。格里菲斯在20世纪20年头进行了特别多关键的试验（其次次世界大战期间，格里菲斯所在的试验室被扩大为紧急公共卫生试验室服务）。1928年1月，格里菲思进行了一项“格里菲思试验”，他通过肺炎链球菌进行试验，发觉细菌品系间可以相互转换，并变更其形态和功能，这项发觉被称为转型定律。后来奥斯瓦尔德·艾弗里等人发觉其中原理为DNA的转移。当时，身为微生物学家的格里菲思在试验室里用肺炎双球菌来研制疫苗。疫苗是减毒或降低活性了的生物制品，包括某些细菌，如能引起肺炎的肺炎双球菌，它进入动物机体后可以引起免疫反应从而抵挡病菌的侵入。格里菲思用了两种类型的肺炎双球菌，一种在细菌细胞外包袱有多糖荚膜，荚膜能爱护细菌免受宿主正常防卫体系的杀灭，因而在感染后能导致人类罹患肺炎，对小鼠则能使其罹患败血症而死亡。荚膜的存在也使细菌在培育基上形成光滑的菌落，所以被称为光滑型或Ｓ型。Ｓ型的肺炎双球菌又有很多种血清型，分别被称为ＳⅠ、ＳⅡ、ＳⅢ、……等，其物质基础是构成荚膜的多糖的差异。另一种在细菌细胞外没有多糖荚膜，不能爱护细菌免受宿主正常防卫体系的杀灭，因而是不致病的。它们在培育基上形成粗糙的菌落，所以被称为粗糙型或Ｒ型。Ｒ型是由于Ｓ型的肺炎双球菌发生突变而丢失了合成荚膜的实力，发生这种突变的基因现在也已查清了。不同血清型的Ｓ型肺炎双球菌都能突变形成Ｒ型，它们又都能发生回复突变形成相应的ＳⅠ、ＳⅡ、ＳⅢ、……等。图1格里菲思试验示意图由于两种肺炎球菌的性状不同,而性状是由遗传物质限制的,因此它们的遗传物质也就不同。据此，格里菲思设计了四组试验，并取得了不同的结果：1将R型活细菌注射到小鼠体内，结果小鼠存活；2将S型活细菌注射到小鼠体内，结果小鼠死亡，且从小鼠体内分别出S型活细菌；3将加热杀死S型细菌注射到小鼠体内，4将R型活菌与加热杀死的S型菌一起注射到小鼠体内，结果小鼠死亡，且死亡小鼠尸体内有S型活细菌。分析试验结果，其中前三组对“蛋白质是遗传物质”这个假设是支持的：比如第一组S型菌的蛋白质是有活性的，可以行使其遗传功能；再如第三组S型菌的蛋白质是没有活性的，因为高温使蛋白质变性失活，失活的蛋白质不能行使其遗传功能；但是第四组却与“蛋白质是遗传物质”这个观点是相违反的，因为在试验中亲代S型活细菌已经被加热杀死，蛋白质已经失活，不能行使其遗传功能，可是死亡小鼠尸体里仍有与亲代S型细菌一样的细菌，那么遗传物质就不是蛋白质，应当是另有它物。依据试验结果，格里菲思首先认为第四组死亡小鼠尸体内的S型活细菌是由R型活菌转化来的，起转化作用的是S型细菌中的某种活性物质。这种活性物质不应当是蛋白质，因为S型细菌的蛋白质已经被加热而失活，不会起转化作用的。格里菲思为什么这么认为呢?因为加热杀死的S型细菌死而复活是不行能的，R型活菌通过基因突变转变成S型活细菌也是不行能的。加之转化来的S型活细菌的后代仍旧是有毒性的S型细菌，格里菲思又认为这种性状的转化是可以遗传的，即可以使子代拥有与亲代一样的有毒性的性状，那么子代也就可以拥有与亲代一样的活性物质，因此，起转化作用的活性物质就是遗传物质。在当时的试验室技术条件下格里菲思无法知道“转化因子”是什么，后来才有了艾弗里的分别试验，证明“转化因子”就是DNA。美国最杰出的肺炎链球菌专家之一，奥斯瓦尔德·艾弗里最初质疑格里菲斯的试验肯定是操作不当，造成了污染所导致的。艾弗里的传记作者和他在洛克菲勒探讨所的同事、洛克菲勒探讨所法特聘法国的微生物学家雷内·杜博斯后来将格里菲斯的发觉描述为“在肺炎球菌免疫学领域引爆了一颗重磅炸弹”。后来艾弗里在洛克菲勒医院的助手马丁·道森证明了格里菲斯报告的每一项发觉，艾弗里等人也于1935至1944年期间完成了证明脱氧核糖核酸（DNA）是肺炎链球菌的遗传物质的试验。格里菲斯美国最杰出的肺炎链球菌专家之一，奥斯瓦尔德·艾弗里最初质疑格里菲斯的试验肯定是操作不当，造成了污染所导致的。艾弗里的传记作者和他在洛克菲勒探讨所的同事、洛克菲勒探讨所法特聘法国的微生物学家雷内·杜博斯后来将格里菲斯的发觉描述为“在肺炎球菌免疫学领域引爆了一颗重磅炸弹”。后来艾弗里在洛克菲勒医院的助手马丁·道森证明了格里菲斯报告的每一项发觉，艾弗里等人也于1935至1944年期间完成了证明脱氧核糖核酸（DNA）是肺炎链球菌的遗传物质的试验。在1951年的遗传学探讨发展成熟之前，生物学家并没有对格里菲斯的转化试验有着足够的重视。格里菲斯的发觉几乎被临床医生和整个医学界所忽视。格里菲斯是一个谨慎而彻底的探讨者，也是一个缄默寡言的人，他的倾向是只发表他认为真正有意义的发觉。通过确凿的试验证据向“遗传物质是蛋白质”观点提出挑战的，首先是美国科学家艾弗里，而艾弗里的试验又是在英国科学家格里菲思的试验基础上进行的，可以说，没有格里菲思的试