科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣

冷泉港是美國紐約州薩?？丝h的一處村鎮(zhèn)，因流經(jīng)該地區(qū)的天然冷水泉而得名，起初因捕鯨業(yè)而發(fā)達(dá)。隨著隨后幾十年捕鯨船數(shù)量減少以及享譽(yù)全球的冷泉港實(shí)驗(yàn)室成立，該地區(qū)“重生”為人類科學(xué)事業(yè)的高地之一。

冷泉港實(shí)驗(yàn)室占地約45公頃，修復(fù)后的海堤綿延約320米。
圖片來源：冷泉港實(shí)驗(yàn)室官網(wǎng)

冷泉港實(shí)驗(yàn)室誕生于1890年，是一家非營利性私人科學(xué)研究與教育中心。從20世紀(jì)40年代起，這里走出了8位諾貝爾獎(jiǎng)得主，孕育并推動(dòng)了分子生物學(xué)的誕生和發(fā)展，名列世界影響最大的十大研究學(xué)院榜首。

分子遺傳學(xué)的發(fā)端

在近代遺傳學(xué)發(fā)展史上，有兩項(xiàng)研究成果被公認(rèn)為是20世紀(jì)最重要發(fā)現(xiàn)：一項(xiàng)是著名的“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)”，另一項(xiàng)則是公眾并不熟知的“跳躍基因”。而作出這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家均來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室。

1953年，年僅25歲的美國科學(xué)家詹姆斯·沃森和來自英國的科學(xué)家弗朗西斯·克里克首次提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，引發(fā)了生物學(xué)研究的重大革命。此模型的建立被廣泛認(rèn)為是當(dāng)代分子生物學(xué)的肇始，并對(duì)藥物生產(chǎn)、作物品種改良、疾病治療等方面產(chǎn)生了深刻影響。每年，冷泉港實(shí)驗(yàn)室都吸引了分子生物學(xué)大批菁英來此進(jìn)行研究、切磋和討論，推動(dòng)分子遺傳學(xué)科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。與此同時(shí)，冷泉港實(shí)驗(yàn)室每年都會(huì)頒發(fā)雙螺旋獎(jiǎng)?wù)拢员碚脼槿祟惤】凳聵I(yè)作出杰出貢獻(xiàn)的個(gè)人。

在冷泉港實(shí)驗(yàn)室，雜交活力的發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。上世紀(jì)40年代，美國遺傳學(xué)家巴巴拉·麥克林托克在玉米雜交實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，使籽粒著色的基因在某一代“延續(xù)”或“中斷”，又在另一代的染色體上重新出現(xiàn)，科學(xué)界把這種基因稱之為“跳躍基因”。這一發(fā)現(xiàn)為研究遺傳信息的表達(dá)與調(diào)控、基因進(jìn)化與癌變等找到了重要突破口。

癌癥研究領(lǐng)域的前沿

20世紀(jì)20年代初，冷泉港實(shí)驗(yàn)室研究人員在了解癌癥方面邁出了第一步。1919年，克拉倫斯·利特爾在小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，某些個(gè)體比其他個(gè)體更容易患癌癥。這是遺傳因素與癌癥致病有關(guān)的最早證據(jù)之一。1928年，卡爾頓·麥克道威爾培育出高發(fā)白血病小鼠，推動(dòng)了癌癥發(fā)展過程研究。

1971年，美國通過了“國家癌癥法案”，標(biāo)志著“對(duì)癌癥的戰(zhàn)爭(zhēng)”開始。大量資金流入癌癥研究領(lǐng)域，次年，冷泉港實(shí)驗(yàn)室就獲得了政府的第一筆抗癌研究資金。時(shí)任實(shí)驗(yàn)室主任的詹姆斯·沃森也致力于將該實(shí)驗(yàn)室打造成頂級(jí)癌癥研究機(jī)構(gòu)。1982年，實(shí)驗(yàn)室的邁克爾·威格勒與另外兩名科學(xué)家共同在人類膀胱癌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)人類腫瘤基因，即H-RAS，成為癌癥研究中一個(gè)關(guān)鍵里程碑。

20世紀(jì)80年代，冷泉港實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家揭示了癌癥基因編碼的突變蛋白如何導(dǎo)致人類細(xì)胞生長失控。例如，厄爾·魯雷發(fā)現(xiàn)，一些癌癥只有在多個(gè)基因發(fā)生突變后才會(huì)開始。埃德·哈洛發(fā)現(xiàn)了癌基因的激活和抑癌基因的失活均可導(dǎo)致癌癥發(fā)展。1987年，冷泉港實(shí)驗(yàn)室被指定為國家癌癥研究所癌癥研究中心，這為癌癥項(xiàng)目帶來了長期支持，確保了該實(shí)驗(yàn)室在癌癥研究領(lǐng)域的世界前沿地位。

自1994年以來，生物化學(xué)家和癌癥生物學(xué)家布魯斯·斯蒂爾曼擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任，主持了實(shí)驗(yàn)室的大規(guī)模擴(kuò)張工作。隨著2009年冷泉港山邊學(xué)習(xí)園區(qū)6座連在一起的實(shí)驗(yàn)樓建成，冷泉港實(shí)驗(yàn)室增加了急需的新的癌癥和神經(jīng)科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室，以及新的定量生物學(xué)方案，為數(shù)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)專家提供了空間。

基因研究碩果累累

在1986年的一次會(huì)議上，科學(xué)家在此首次討論了基因組測(cè)序計(jì)劃。1987年，詹姆斯·沃森呼吁投入30億美元，開展為期15年的人類基因組計(jì)劃。1990年10月1日，經(jīng)國會(huì)批準(zhǔn)，美國“人類基因組計(jì)劃”正式啟動(dòng)。

冷泉港實(shí)驗(yàn)室的基因研究碩果累累。70年代早期，理察·羅伯茨與菲利普·夏普的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了斷裂基因；80年代末期和90年代，卡羅爾·格雷德研究發(fā)現(xiàn)了端粒酶，揭示了染色體末端復(fù)制的機(jī)理；這里還誕生了多個(gè)有關(guān)基因測(cè)序的“第一次”：第一次檢測(cè)到可導(dǎo)致自閉癥的自發(fā)突變、第一次對(duì)植物基因組進(jìn)行測(cè)序等。

DNA學(xué)習(xí)中心工作人員正在進(jìn)行虛擬直播課程。
圖片來源：冷泉港實(shí)驗(yàn)室官網(wǎng)

冷泉港實(shí)驗(yàn)室同時(shí)也承擔(dān)教育功能的學(xué)習(xí)中心，一直致力于生物學(xué)家的培養(yǎng)。尤其是1988年創(chuàng)建的DNA學(xué)習(xí)中心，每年吸引著全球數(shù)百萬學(xué)生和教師在這里開展實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)基因組的了解。此外，冷泉港實(shí)驗(yàn)室還建立了大規(guī)?；驇?，幫助人們研究與遺傳相關(guān)的疾病。

縱觀冷泉港實(shí)驗(yàn)室的傳奇歷史，其通過在癌癥、植物生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和定量生物學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)，幫助塑造了現(xiàn)代科學(xué)。實(shí)驗(yàn)室總裁兼首席執(zhí)行官布魯斯·斯蒂爾曼表示，未來幾年，冷泉港實(shí)驗(yàn)室研究人員將擴(kuò)展他們開發(fā)的卓越基礎(chǔ)設(shè)施，利用分子和細(xì)胞技術(shù)做出更多發(fā)現(xiàn)。