洪國藩，今年44歲，是中國科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所研究員。他在脫氧核糖核酸結(jié)構(gòu)方面的卓越成就使他蜚聲中外。那么，他到底走過了一條什么樣的路？他的工作為什么那么被舉世矚目？他又是怎樣成為分子生物學(xué)界的佼佼者呢？

洪國藩在辦公室

洪國藩到了劍橋

洪國藩1964年從復(fù)旦大學(xué)畢業(yè)后到生物化學(xué)研究所，一直在王德寶教授主持的核酸研究室工作。1979年底王應(yīng)睞所長通過他當(dāng)年的同學(xué)泊如茨(M.Perutz)博士把洪國藩介紹給桑格(F.Sanger)博士。桑格1958年因胰島素一級結(jié)構(gòu)的闡明而第一次獲諾貝爾獎。1980年因DNA順序的隨機(jī)測定法第二次獲諾貝爾獎金。桑格是英國醫(yī)學(xué)研究委員會分子生物學(xué)實驗室核酸蛋白化學(xué)研究部的主持人。這個實驗室位于英國劍橋。1979年11月中旬，洪國藩來到這里，當(dāng)天下午就開始了工作。

λ噬菌體基因群的測定

洪國藩到實驗室，立即投入了桑格主持的λ噬菌體基因群全結(jié)構(gòu)的測定工作。λ噬菌體對分子生物學(xué)來說，有很重要的意義。當(dāng)代分子生物學(xué)的許多概念，都是從對λ噬菌體的研究中得到的。它的基因群全結(jié)構(gòu)測定，意味著人類處理復(fù)雜基因群的能力的飛躍。因為它本身十分復(fù)雜，由近5萬對核苷酸組成，涉及六、七十個基因。其次，這個噬菌體之所以為人注目，還因為它和遺傳工程的關(guān)系密切。遺傳工程，在當(dāng)今世界發(fā)展得既迅速又普遍，而其中用得最多的生物材料之一就是λ噬菌體。人們對λ噬菌體的認(rèn)識是很深入的，1971年，美國冷泉港實驗室出版社出版過一本專著，名字就叫《λ噬菌體》。這本書包括了λ噬菌體的生物學(xué)、遺傳學(xué)以及有關(guān)的物理化學(xué)研究等等，就是沒有基因結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，因為在1980年以前，人們還缺乏這方面的知識。由桑格所主持的、洪國藩所參加的λ噬菌體全結(jié)構(gòu)基因測定，意義極為重大。首先它奠定了復(fù)雜基因群全結(jié)構(gòu)測定的基礎(chǔ)，從方法上解決了測定幾萬甚至十幾萬鹼基對所組成的基因群的結(jié)構(gòu)問題，證明人類能處理這種大型的、復(fù)雜的基因結(jié)構(gòu)，這是個了不起的工作，現(xiàn)在國際上先進(jìn)的分子生物學(xué)實驗室測定復(fù)雜基因群的全結(jié)構(gòu)，基本上就是用的這個方法。其次，這個工作使人類對λ噬菌體的認(rèn)識更深入、更完美。冷泉港實驗室出版社的《λ噬菌體》一書很快把基因全結(jié)構(gòu)測定的工作收了進(jìn)去并再版發(fā)行，就是一個證據(jù)。

單褳DNA的逆向測定

量的積累終于引出了質(zhì)的飛躍，半年以后，洪國藩的腦子里出現(xiàn)了一個新的設(shè)想：在單鏈的DNA上進(jìn)行雙向測定。在做λ噬菌體的工作中，一個很大的進(jìn)展是以單鏈病毒做載體進(jìn)行克隆，使DNA的純化速度大增，加上其他的技術(shù)，使DNA的快速測定成為可能。所謂其他技術(shù)即桑格的雙脫氧方法及單鏈病毒的結(jié)合，但核酸是有極性的。對單鏈病毒而言，測定只能從一端向另一端進(jìn)行。而不能反過來。這樣測得的DNA順序是不可靠的。這個問題怎么解決呢？于是設(shè)想做一個單鏈的“拷貝”，進(jìn)行反向測定。這樣做解決兩個問題，一是提高了測定結(jié)果的可靠性，二是增長了所測片段的長度。

“我有一個能使單鏈雙向測定的想法”，洪國藩對桑格說。

“真的？”桑格很高興地望著他，“你講，怎樣實行它。”

當(dāng)洪國藩講了他的想法后，桑格說:“這個設(shè)想很有意思，如能成功，那太好了。我們也有過類似的想法，但沒成功。”接著他又為難地說: “在你的設(shè)想中需要一個寡核苷酸的引物，而這個引物應(yīng)請有機(jī)化學(xué)家們合成，但是你怎樣去說服別人為你合成呢？”

這確實是個難題，要說服別人合成引物，必須有初步的實驗說明自己想法的可行性；但沒有這個引物，就無法做初步的實驗，因而也就無法說明這個想法的可行性。

怎么辦？

洪國藩決心自己繞道來制做這個引物。實際上，這也是當(dāng)時唯一可行的辦法。于是，洪國藩分析了一個約由8000對核苷酸組成的病毒的物理圖譜，經(jīng)過很艱苦的努力，才從中分離出數(shù)量極微的一個只有21個核苷酸所組成的片段，以此小片段做為引物，來證實他的想法。

當(dāng)洪國藩把這個實驗結(jié)果送給桑格看時，桑格馬上停下手頭的工作，高興地站起來說: “你得到了，得到了”。并馬上打電話把一位有機(jī)化學(xué)家請來看結(jié)果。自然，大家都肯定這個結(jié)果，并在第二天開始了化學(xué)合成引物的工作。化學(xué)合成的引物比分離出的引物更合理，數(shù)量上也富余多了，因而做出的結(jié)果也更清晰。

洪國藩關(guān)于雙向測定法的論文很快在英國生化學(xué)會主辦的Bioscience Reports（生物科學(xué)報導(dǎo))發(fā)表。他認(rèn)為這項工作是在桑格教授的指導(dǎo)下做的，請桑格在論文上署名，桑格說：“不，這個工作是你想出來的，不能放我的名字?！焙髞砩８竦拿貢嬖V洪國藩:"他講的就是他想的。如果你在 acknow-legemcnt(致謝)中寫上他的名字，他將會是很高興的?！?/span>

像任何真正的科學(xué)家一樣，桑格分外珍惜人才。洪國藩使這位64歲的老人寄托了多少希望。他希望洪能在優(yōu)越的環(huán)境中工作更長的時間。1980年底，即桑格前往瑞典領(lǐng)取他的第二次諾貝爾獎金前夕，他興奮地告訴洪說: "英國醫(yī)學(xué)研究委員會已聘請你為我們實驗室的科研人員了，王應(yīng)睞所長也同意?！?/span>

洪國藩與桑格博士在實驗室

建立壓縮DNA圖譜的方法

洪國藩在劍橋始終進(jìn)行的是λ噬菌體基因全結(jié)構(gòu)的測定，其他工作是在做這個工作中，在按他的理解“掌握”這個基本方法的過程中，為了解決當(dāng)時的具體問題而發(fā)展的新的思路和方法。這是洪國藩的特點。他從不停止在“掌握”的水平上，他是在掌握中創(chuàng)造，在創(chuàng)造中掌握。1980年10月，當(dāng)他緊張地進(jìn)行λ噬菌體全結(jié)構(gòu)的測定工作的時候，實驗室的一位理論生物學(xué)家計算，用當(dāng)時的方法，完成全部工作，至少需要6年?！斑@太長了”洪國藩想。他想提高測定的速度，并用簡單的微分方程從理論上證明了他的設(shè)想的可行性。

其實，他的這個設(shè)想并非是在劍橋產(chǎn)生的，還在國內(nèi)大動亂時期，他就盡量堅持搞實驗。當(dāng)時他設(shè)計了一個象臉盆那樣大的圓盤電泳槽，請研究所附屬工廠的老師傅用有機(jī)玻璃特制。圓盤里灌注了一塊聚丙烯酰胺凝膠，凝膠的中心是一凹槽，作為陰極，圓盤的四周作為陽極。當(dāng)然，這種樣式的電泳儀與現(xiàn)成的電泳儀都不同。將混合的轉(zhuǎn)移核糖核酸放在中心的凹槽內(nèi)向四周擴(kuò)散電泳，結(jié)果大大提高了樣品的分辨效率。這個分辨效率的提高，是由于電流密度梯度使被分離的條帶壓縮而引起的。這種效應(yīng)可用數(shù)學(xué)加以證明。這一方法，當(dāng)時在國內(nèi)有關(guān)雜志發(fā)表了，但由于沒有更好的材料，一時無法應(yīng)用到研究領(lǐng)域中去?，F(xiàn)在，有人提出效率問題，他想起了他的“圓盤電泳”。

“你使用的是圓形的凝膠，而DNA順序分析用的是長方形的凝膠。長方形是無法形成電流密度梯度的。怎樣實現(xiàn)條帶的壓縮呢？”有人疑惑地問洪。

對于這個問題，洪國藩也早已考慮過。他說: “如果使長方形凝膠中的緩沖液形成一個密度梯度，那么電流密度梯度會同樣地建立，結(jié)果條帶壓縮現(xiàn)象就會在長方形凝膠中形成?！?/span>

這種事，靠語言是說不清楚的，由于當(dāng)時洪國藩手頭事情太多，無暇親自去證實，于是他指導(dǎo)一位劍橋大學(xué)的博士研究生做成了這次實驗。實驗室用上了這個方法，DNA順序的測定速度加快了一倍。不久，這項工作的論文在美國科學(xué)院院報上發(fā)表。核酸分子轉(zhuǎn)移技術(shù)的發(fā)明人Southern教授書面評論說“這是個很巧的構(gòu)思，這個原理還可以用到有關(guān)分離的更廣泛的方面。”

洪國藩當(dāng)年自己設(shè)計的“圓盤電泳”器具

DNA順序的連續(xù)測定法

桑格教授創(chuàng)立的DNA順序測定的隨機(jī)方法，在80年代初期正處于最發(fā)揮作用的時候，洪國藩卻在想，能否加以改進(jìn)，使DNA順序的測定能夠連續(xù)地“非隨機(jī)”地進(jìn)行呢？

洪國藩把他的想法告訴了桑格，桑格立即肯定地說: “這是很好的，但你如何實現(xiàn)呢？”洪說他已開始了初步的實驗，桑格高興地說: “那好極了?！辈⒘⒓磶秃閲晟茥l件。于是在λ噬菌體的基因測定之外，洪國藩又開始了一項實驗，但經(jīng)過四個星期的努力，結(jié)果卻都是失敗。

“全部失敗了”洪對桑格說: “我發(fā)現(xiàn)BAL31水解雙鏈DNA很不同步，看來要改變途徑?！?/span>

“全部失敗？”桑格不同意地反問，“沒有，你不是發(fā)現(xiàn)了BAL31不同步嗎？這就是收獲。要知道，在我的實驗中，失敗的次數(shù)比你多得多?？茖W(xué)家,與其說和成功打交道,不如說是和失敗打交道。”

這是多大的鼓舞?。?/span>

經(jīng)過將近一年的努力，終于利用一段由2000多個核苷酸組成的片段，證明了連續(xù)法的成功!論文很快在英國的《分子生物學(xué)》雜志發(fā)表，接著，美國的《科學(xué)美國人》直接打電話到實驗室約訪。并在采訪記中對洪氏連續(xù)測定法給了很高的評價。接著瑞士一家研究所所長直接到實驗室找到洪國藩，邀請他到瑞士工作，年薪5萬美元。并說: “你全家都到瑞士，一切費用由我們負(fù)責(zé)?！钡閲f“我要回國了，我們國家很需要基因結(jié)構(gòu)研究工作?！?/span>

除了上述的工作之外，洪國藩還完成了其他幾項工作。其中一項是關(guān)于如何快速地、直接地在復(fù)雜的基因群中找到一個核苷酸的變化。這項工作也單獨地發(fā)表在Bios-cience Reports上。

洪國藩的成功之道

洪國藩是1964年的大學(xué)畢業(yè)生，他從小父母雙亡，親友、學(xué)校、社會給了他關(guān)懷和溫暖。至今，他還念念不忘中學(xué)老師對他的特殊照顧，他的母?！獣r代中學(xué)是走讀的，但學(xué)校破例地讓他住宿，并給了他助學(xué)金。后來也是中學(xué)的老師幫助他選擇了生命科學(xué)作為自己大學(xué)學(xué)習(xí)的專業(yè)。

學(xué)校供給他生活費用，使他能專心致志地學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)也有個方法問題，小心翼翼地爭取門門五分，得額外花很多時間，他覺得不合算。他把這些時間省下來做大量的閱讀、用來理解和思考。因而他不僅深入、系統(tǒng)而靈活地掌握了基礎(chǔ)知識，而且注意學(xué)習(xí)思維方法和先輩科學(xué)家的成功經(jīng)驗。對他印象最深的是法國的莫諾(Monod)和雅科勃(Jacob)，這兩位諾貝爾獎金獲得者，他們在選題、選材和實驗設(shè)計上令人贊佩——只是用一些極簡單的實驗手段，就可以揭示生物體內(nèi)極其復(fù)雜的基因調(diào)節(jié)機(jī)理。這些事例使他在大學(xué)時代就認(rèn)識到:科研的成敗決定于思維的靈巧。因而他特別注意思維方法的訓(xùn)練。他也喜歡自己動手做。他不僅拆裝半導(dǎo)體收音機(jī)，而且拆裝電視機(jī)。他特別重視外語學(xué)習(xí)。在大學(xué)選修俄語和德語并自學(xué)英語。他還參加了學(xué)校的文工團(tuán)，練習(xí)大、小提琴，欣賞古典音樂。堅實的基礎(chǔ)知識、豐富的精神生活、靈巧的雙手是他后來成功的基礎(chǔ)。你看他自己想到了圓盤電泳，就可以自己設(shè)計并在工人師傅的幫助下親自制作，腦子里閃過一個新的想法就用微分方程去計算，思路開闊,思維敏捷，設(shè)計新巧，得心應(yīng)手，十分自如。

心理學(xué)家說，活躍的人往往缺乏穩(wěn)定性。洪國藩不然。他很活躍，腦子里不斷閃現(xiàn)新的想法，想去創(chuàng)新。但他又具備另一個特點:堅韌的鉆勁。他說: “我認(rèn)準(zhǔn)了一個目標(biāo)，就要干到底，決不半路改途易轍?！笔陜?nèi)亂，他盡可能做實驗，研究所做不了，他到工廠去做。在桑格實驗室，讓他做λ噬菌體的基因全結(jié)構(gòu)測定，他就全身心地?fù)渖先ジ?。即使他后來提出新的課題，要用實驗去驗證他的發(fā)現(xiàn)，他寧愿同時做兩項繁重的實驗，也絕不放棄那項一開始就做的工作。因為他認(rèn)為，那項工作除了它本身的意義外，對他還有特殊的意義。那就是他要通過這項工作去掌握基因測定的方法。對于“掌握”，洪國藩有自己的理解。他認(rèn)為“掌握”絕不是指學(xué)會已有的方法。他認(rèn)為“掌握”是個過程，是繼續(xù)探索和不斷創(chuàng)新的過程。所以，掌握、創(chuàng)新、干到底，這些概念在洪國藩的工作中是互相攪在一起的。正因為這種精神，使他每走一步都不只是收獲實驗結(jié)果，而是科學(xué)儲備中的一筆新的資財。他很重視科學(xué)儲備，他認(rèn)為英國分子生物學(xué)實驗室之所以是一個優(yōu)秀的實驗室，最本質(zhì)的特點就是有雄厚的科學(xué)儲備。在這個儲備中，有一個從量變到質(zhì)變的過程，沒有量的積累，就不可能有質(zhì)的飛躍。

當(dāng)然，積累是個艱苦的過程，任何天才都離不開勤奮，洪國藩也是如此。他每天堅持做比別人多的工作，他每周堅持做比別人多的天數(shù)，他的實驗安排得實在太緊，一個新的想法出現(xiàn)了，不去做實驗證明它，便坐立不安，非得做到底不可。

是什么精神力量支持著洪國藩？一邊是高薪、榮譽(yù)、優(yōu)越的實驗條件、舒適的生活環(huán)境；一邊是中國科學(xué)院院長和生化所所長的一封聯(lián)名電報，洪國藩毫不猶豫地選擇了后者。盧嘉錫院長和王應(yīng)睞所長告訴他說祖國需要基因結(jié)構(gòu)的研究工作。夠了，振興我們的祖國，這就是一切。他考慮著應(yīng)該購買的試劑和儀器，計劃著回國后盡快開展工作。

洪國藩回國一年多了，基因結(jié)構(gòu)研究的體系已經(jīng)基本建成。困難當(dāng)然還是有的，但隨著改革的深入，洪國藩的勤奮和天才將放出新的光華。

原載于中國科技史料?第6卷（1985）第2期