阅读经典:微生物学中的开创性论文

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听说最近新型冠状病毒(SARS-CoV-2)已经成功横渡英吉利海峡,从伦敦的希思罗机场入境,在英国蔓延开来。虽然现在欧洲的新冠肺炎(COVID-19)疫情并不在许多传染病模型的预测之外,但是当病毒终于从遥远的祖国来到自己身边的时候,还是能感受到全球化时代“地球村”的紧密。为了不给祖国人民添乱,我就准备坚守伦敦,拒病毒于家门之外——有种快要打仗的感觉呢!取消了周末出游的行程,尽量选择在人少的时候错峰出行,准备了一些解表的感冒药(如果自己被感染了,大概率会是像重感冒一样的表现吧)和能吃两周的食物(以防被要求在家隔离的情况),不参加非必须的聚会,多走路少乘公交,多吃水果,早睡早起,勤洗手——在保护自己的同时,也算是主动减轻社会防疫的压力吧。1 据说现在一个人的智商等于100减去家里卫生纸卷的数量,我自然是不敢屯卫生纸的。周末宅在家里,晒着难得的初春暖阳,正好可以读书写文。

在读博的时候,我就发现那些几十年前的经典论文特别好读。大概是那时候的行文风格不同,读起来如故事一般,一切都是娓娓道来,有人味,不像现在的论文,格式化得像是机器写的。虽然这些奠基性文章所揭示的内容,在今天已经是我们在研究中不需要引证的常识,但偶尔读上几篇,真是跟读散文和小说一样有趣,更何况没有任务压力。挖掘这些文章的作者——微生物学领域的大师——的人生故事也是励志的体验。于是,在本文中,我罗列一些这样的论文,同时也不排除一些近期发表的文章。它们涵盖我在微生物学方面最常涉及的方面,包括遗传、分类和流行病特征等。以后随着阅读量的增加,我会慢慢添加内容。


1. 分类(taxonomy)与命名(nomenclature)

三界分类系统

Woese, C. R. & Fox, G. E. Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proc. Natl. Acad. Sci. 74, 5088–5090 (1977).

美国微生物学家Carl R. Woese(1928–2012)与George E. Fox(1945–)基于16S核糖体的序列比对提出了古生菌域(Archaea,当时称 archaebacteria)的概念。

Woese, C. R. Bacterial evolution. Microbiol. Rev. 51, 221 (1987).

标题越短,内容越重。在这篇长达51页的综述里,Woese回顾了自己对细菌和古生菌的分类研究。

C. Woese

Carl Woese。图片来自University of Illinois

细菌基因的命名规范

Demerec, M., Adelberg, E. A., Clark, A. J. & Hartman, P. E. A Proposal for a Uniform Nomenclature in Bacterial Genetics. Genetics 54, 61–76 (1966).

Demerec, M., Adelberg, E. A., Clark, A. J. & Hartman, P. E. A Proposal for a Uniform Nomenclature in Bacterial Genetics. Microbiology 50, 1–14 (1968). 这是1966年文章的再版。其PDF的清晰度更高一些。

这是我在研究工作中,纠结于混乱的细菌基因和等位基因名称时,经常参考的文章。这篇在1965年的12月底被接收,1966年七月发表的文章,可能是本文的第一作者,克罗地亚裔美国基因学家Milislav Demerec(1895–1966),生前的最后一篇论文了吧。(他去世于当年的4月12日)Demerec师从重新发现了摩尔根遗传定律的美国基因学家Rollins A. Emerson(1873–1947),又雇佣过两位后来的诺贝尔奖得主——发现转座子的Barbara McClintock(1902–1992)和通过噬菌体发现基因转导(transduction)的Alfred Hershey(1908–1997)。

M. Demerec

M. Demerec在南斯拉夫萨格勒布(Zagreb,今克罗地亚首都)的实验室中。图片来自:LIUPost。在1940年代,原本研究玉米和果蝇基因的他转向了细菌和病毒的基因学,从而产生了这篇关于基因名称的文章。


2. 细菌水平基因转移(horizontal gene transfer)

转化现象(transformation)

Griffith, F. The Significance of Pneumococcal Types. Epidemiol. Infect. 27, 113–159 (1928).

英国细菌学家Frederick Griffith(1877–1941)在肺炎双球菌(Streptococcus pneumoniae)上做的R-S型转化实验是生物学上最经典的实验之一。该实验不仅打开了人们认识水平基因转移的大门,还启发了Oswald Avery(1877–1955),Colin M. MacLeod(1909–1972)和Maclyn McCarty(1911–2005)。他们最终在1943年确定DNA就是人们寻找多年的遗传物质。遗憾的是,Griffith没能看到答案揭晓的那一天:在1941年2月的一天,他不幸死于纳粹德国对伦敦的大轰炸中。可恶的战争。

F. Griffith

F. Griffith在1936年。图片来自维基百科

接合现象(conjugation)

Lederberg, J. & Tatum, E. L. Gene recombination in Escherichia coli. Nature 158, 558 (1946).

这是继转化之后,发现的第二种水平基因转移方式。

基因转导(genetic transduction)

Zinder, N. D. & Lederberg, J. Genetic exchange in Salmonella. J. Bacteriol. 64, 679–699 (1952).

美国微生物学家Norton D. Zinder(1928–2012)在做Joshua Lederberg(1925–2008)的研究生期间,在沙门氏菌上首次发现了基因转导现象。Zinder的导师Lederberg可谓才华横溢。在他33岁那年,就因为发现细菌的接合现象而荣获诺贝尔生理学或医学奖。而他的妻子,Esther M. Z. Lederberg (1922–2006)则发现了λ噬菌体、特异性转导(specialised transduction)与细菌的F质粒。


**脚注**

1. 尽管自我感觉防范已经足够周全,但总有一个漏洞,那就是我合租的地方。在位于East Acton的这栋老旧房子里,住着包括二房东老太太在内的六户人家。房子内的公共卫生状况堪忧,又因为老太太只收现金房租又替房东管理着周围一些公寓,所以每天总会有些外人进进出出。人多且杂、流动性大,是防疫的风险点。所以呢,在做好防护的同时,我也做好了出现本地爆发事件的觉悟。