奥斯瓦尔德·埃弗里和转化现象的发现

DNA具有“传递生物性状”的功能。那我们究竟是如何发现这一点的呢？在利文和卡斯佩森的研究之间，还出现过一位发现了有趣现象的研究者，他就是弗雷德里克·格里菲斯。格里菲斯曾在第一次世界大战中担任军医，“一战”后进入英国卫生部工作。当时最让人头疼的问题就是流感，也就是所谓的西班牙流行性感冒的大流行（1918—1919）。

西班牙流行性感冒恐怕是人类历史上第一次流感大流行（世界范围的传染病流行），在当时有超过5亿感染者，2500万至4000万人死亡（也有说法是约1亿人死亡）。据推测，全世界人口约有三分之一被感染（当时世界人口约17亿）。

流感的病原体是病毒，但大多数死者是因为肺炎并发症去世的。因为当时病毒的提取技术还不成熟，人们过去一直不知道西班牙流感的成因。不过，我们成功分离出了肺炎的病原菌肺炎链球菌（过去也叫肺炎双球菌）。

格里菲斯想要研发出肺炎链球菌的疫苗。他收集了许多患者的肺炎链球菌并加以培养，发现肺炎链球菌主要分为两种：一种的菌落（培养基内形成的细菌团块）表面很粗糙（rough/R型菌）；另一种的表面很平滑（smooth/S型菌）。R型菌的毒性很弱，S型菌有剧毒。

他将这两种肺炎链球菌投放给小鼠（小家鼠），得到了如下结果。首先，被投放R型菌的小鼠存活，被投放S型菌的小鼠因肺炎死亡。接下来，他又向小鼠投放了经过高温加热灭菌的S型菌，小鼠存活下来。这说明，肺炎是活的S型菌导致的，与毒素一类的物质无关。只要认真灭菌就能够预防肺炎。

而与此同时，格里菲斯也注意到了一个很奇怪的现象。

他偶然间将经过高温杀死的S型菌和活的R型菌同时投放给小鼠，小鼠却因为肺炎去世了。从死亡的小鼠身上，格里菲斯分离出了活的S型菌。分别投放高温杀死的S型菌和活的R型菌的小鼠都能够存活，为什么同时投放就会导致小鼠死亡呢？已经被杀死的S型菌甚至还复活了。

◆格里菲斯实验

格里菲斯认为，R型菌从死亡的S型菌身上接收了某种物质（DNA），并转化为S型菌。

格里菲斯怀疑是混入了活的S型菌，便小心谨慎地重复了好几次实验。他发现，经过高温灭菌的S型菌的确彻底死亡了。那么，也许是R型菌突变成了S型菌。R型菌缺少S型菌身上“能够发挥毒性的性状”，难道说是R型菌通过死亡的S型菌身上的“某种物质”获得了那个性状吗？其实，这个“某种物质”正是DNA。

S型菌虽然被高温杀死，但细胞中的DNA并没有被破坏。而接收了S型菌性状的R型菌能够培养出S型菌。也就是说，从外界接收得到的性状也能够遗传。格里菲斯把这种“微生物吸收自己所没有的性状并突变”的现象命名为“转化”（1928年）。

但格里菲斯的研究并没有引起什么关注。因为即便是微生物，人们也并不认为它们的性状会轻易地发生改变，改变的机制也还没有被发现。

格里菲斯虽然一直进行着研究，最终还是在发现转化的真相之前就去世了。据说他在第二次世界大战中德军对伦敦市的空袭中去世（1941年）。

证明了引起转化现象的物质是DNA的人，是奥斯瓦尔德·埃弗里。埃弗里与上一节提到的卡斯佩森完全相反，是一位大器晚成的研究者。

在众多自幼便展现出科研才华的研究者当中，埃弗里的经历相当特别。在他15岁时，同为英国浸礼宗牧师的父亲和哥哥因患结核而去世。他或许是为了和父亲一样成为神职人员，于是进入了信仰浸礼宗的科尔盖特大学学习。23岁大学毕业之后，他却不知为何又进入哥伦比亚大学的医学院深造（1900年）。(www.xing528.com)

埃弗里在4年后取得了博士学位，从事了3年左右的临床工作，但凭借当时的医疗水平，根本无法如愿救助病人。于是，埃弗里为了研究基础医学进入了刚刚成立的微生物学研究所工作。起初，他在研究乳酸菌的分类上下了不少功夫，但在教导他生物化学知识和实验方法的上司因为结核病去世后，他决心用生物化学的方法来研究病原菌。1923年，埃弗里进入了洛克菲勒医学研究所，直到退休为止，他都日夜沉浸于实验中。

1928年，格里菲斯发表论文时，埃弗里正好也在研发肺炎链球菌的疫苗。埃弗里也和其他大批的研究者一样，并不相信格里菲斯的研究结果。要是细菌的性质会如此简单地发生改变，那我们发明的细菌分类方法不就没用了吗？

不过，通过严谨的追加实验，埃弗里发现格里菲斯的理论是正确的。埃弗里的实验开展得很谨慎。首先，他在1931年确立了一套不使用小鼠就能够验证格里菲斯理论的方法。他选择将S型肺炎链球菌碾碎，而不是高温杀死，并将碾碎后的过滤溶液与R型菌一起培养，之后得到了S型菌特有的表面的菌落。通过这种转化的实验体系，从S型菌碾碎后得到的溶液中分离出许多元素，以此来确认R型菌的转化。

实验就这样重复了10年。埃弗里终于确信“导致转化的物质”就是DNA。埃弗里一开始关注的也是蛋白质。但他发现，把蛋白质完全剔除后，依旧会发生转化。而只有当DNA被剔除时，转化才不会发生。

过去一直搞不清其功能的DNA，正是能够传递性状的物质。埃弗里通过论文公布这一研究成果时已经67岁了。他在那之前一年已经获得了从研究所光荣退休的资格，但他直到1948年都还在研究所内继续做实验。退休后，他和自己的兄弟一起生活，后于1955年去世。他终身未婚，像一名真正的神职人员一般，为研究奉献了自己的人生。

如今回想起来，埃弗里等人的成就居然没能获得诺贝尔奖，这是多么不可思议。然而，除了一部分卓有先见的研究者之外，想让社会认同——从蛋白质转向DNA——还需要一些时间（甚至还有信奉蛋白质至上主义的学者一直顽固地对埃弗里大加攻击）。话虽如此，仍旧有小部分研究者受到埃弗里研究成果的影响，而致力于研究DNA。其中就有埃尔文·查戈夫，且做出了非常重要的贡献。

查戈夫生于奥地利，他为了躲避纳粹政府而逃往法国和美国。在担任哥伦比亚大学生物化学系的助理教授时，他与埃弗里的论文相遇了。

查戈夫有感于埃弗里严谨细致的实验，利用当时最新的技术，分析了许多种生物的DNA。他从分析结果中得出的两个事实，被称作“查戈夫法则”。

第一个事实是，DNA含有的4种核碱基中，腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）的数量、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）的数量总是相同的^[2]，这与生物种类无关。第二个事实是，A和C或是G和T的比例在不同物种之间是不同的。这暗示了两种可能性：一是DNA在结构上通常是A和G成对、C和T成对；二是生物间不同的遗传信息是由DNA控制的。

查戈夫法则为之后发现DNA结构给予了极大的帮助，但遗憾的是，查戈夫自己并没能完全理解它的重要性。

埃弗里的实验和查戈夫法则都强烈暗示着传递生命性状的物质正是DNA。但如果有人说这不过都是些间接证据，也是无法反驳的。难道就没有更加直接的方法可以证明这一点了吗？

想要回答这个问题，就必须向大家介绍获得1969年诺贝尔奖的三个人的研究，这也是关于分子生物学这门新学科迎来黎明前的故事。

[1] 西班牙流行性感冒其实并非爆发于西班牙，而是爆发于美国，由美国传至欧洲。但因恰逢“一战”结束，各国都在报道战争结束的喜讯，而西班牙因为国内有约800万感染者，甚至连国王也感染了此病，而诚实地报道了国内爆发流感的消息，因此这一流感被称为“西班牙流感”。目前世界卫生组织已经不再允许用地名为流行性疾病命名。

[2] 此处为原文错误。应为腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）的数量相同，鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）的数量相同。