意难平！这位华裔泰斗发明的引物延伸法，直接催生两大诺奖，本人却终生无缘诺奖

在科学界，有这样一位「无冕之王」：他虽然一生与诺贝尔奖擦肩而过，但 1980 年与 1993 年的两项诺贝尔奖核心技术，都建立在他亲手敲下的底层逻辑之上。他是国际学术界公认的生物科学泰斗 —— 吴瑞先生。

图片来源：Ray Wu Fund [1]

一位顶级科学家的贡献，一种在于他亲手推开了多少扇真理的大门，另一种则在于他为后辈点亮了多少盏指路明灯。吴瑞先生不仅做到了前者，更把后半生的全部心血倾注在了后者。

01 解码「DNA 天书」的第一行

1968 年，距离沃森和克里克发现 DNA 双螺旋结构已过去 15 年，科学界早已明确 DNA 是遗传信息的载体，由 A、T、C、G 四种碱基组成。早在 1955 年，桑格（Frederick Sanger）就已测定出胰岛素的氨基酸序列，但面对 DNA，整个学术界却陷入了困境，DNA 测序被视为无法突破的禁区。

当时的技术条件存在诸多局限：DNA 成分单一，只有 4 种碱基，化学性质极其相似，很难像氨基酸那样逐一剥离。而且链条过长，动辄数万个碱基，当时的提纯技术无法获得足够纯净且长度适中的片段。当时限制性内切酶（Restriction Enzymes）尚未被广泛发现和应用（直到 1970 年才首次发现），科学家无法精准地切割 DNA。

人类已经知道了 DNA 是遗传信息的载体，却对如何「读取」它一筹莫展。

彼时，受桑格早期研究的影响，学术界的主流思维一直局限于如何通过化学或核酸酶将 DNA 链「降解」来分析。而吴瑞反其道而行之，首创了「边合成边测序」的方法 ——

他没有去切割 DNA，而是以噬菌体 λ DNA 末端游离的 12 个单链碱基作为模板，其互补链内凹的 3'-羟基（3'-OH）则天然充当了聚合酶结合的起点。在反应体系中，吴瑞精确地交替加入带有放射性同位素（如 32P）标记的脱氧核苷酸（dNTPs）。聚合酶每延伸补齐一个碱基，放射性信号便被锚定在新合成的链上。通过控制反应时间和逐一添加碱基的策略，他精确测量了被纳入链中的碱基种类和数量。[2]

这一突破确立了「酶促合成测序法」的范式，标志着生命科学研究从「观察分子形态」的宏观时代，正式跨越到了「解码遗传代码」的微观时代，为后续 DNA 测序技术的发展奠定了基础。

02 他奠定了两项诺奖技术基础

如果说 1968 年的突破是实现了对特定 DNA 片段的「首度解码」，那么1971 年，吴瑞则为全人类发明了读取 DNA 遗传密码的「通用指南」。

在那个生化反应尚显粗糙的年代，吴瑞首次提出引物延伸（Primer Extension）原理——

通过人工合成一段短小的寡核苷酸（即引物），使其与模板 DNA 的特定位置杂交（Hybridization），就能引导聚合酶从精准的起始点开始定向合成 [3]。

这一发现，彻底重塑了现代生物科学。

1980 年诺奖得主 Sanger 的双脱氧法，本质上就是在吴瑞的引物延伸体系里，巧妙地加入了一个终止碱基（ddNTP）。斩获 1993 年诺奖的 PCR（聚合酶链式反应）技术，其核心动力学完全建立在双引物介导的延伸之上。

可以说，今天我们做的每一次核酸检测、每一项基因测序，都离不开吴瑞在 1971 年的这项伟大发明。

在重组 DNA 技术发展的初期，异源 DNA 片段的「末端不兼容」仍是该领域面临的瓶颈。尽管限制性内切酶能够对抗特定序列进行切割，但物理剪切或不同内切酶产生的平末端（Blunt ends）及非互补粘性末端，严重阻碍了连接酶的催化效率，导致基因片段无法实现通用的跨物种拼接。

1976 年，吴瑞实验室打破了这一技术僵局。

他们率先将化学合成技术与酶学手段相结合，发明了DNA 联接子（Linkers）[4] 与衔接子（Adaptors）[5]。这项技术通过在目的片段末端共价附加含有特定核酸内切酶识别序列的短双链寡核苷酸，赋予了任意 DNA 片段人工定制的「粘性末端」。

后来我们熟知的利用大肠杆菌生产人胰岛素、构建各类工程菌，均绕不开这套高效的 DNA 组装方案，直接奠定了现代生物技术产业化的基础。

03 老先生传奇的一生

在 20 世纪 70 年代末，许多尖端实验协议（Protocols）仅在少数顶尖实验室口耳相传，缺乏统一的标准，导致实验的可重复性极低。

吴瑞先生承担了科学界极其重要的一项基建工程：他主编了学术界「圣经」——《酶学方法》（Methods in Enzymology）中关于重组 DNA（Recombinant DNA）的关键卷次（如第 68、100、101 卷等）[6]。

这种标准化的推广，使得即便是资源有限的发展中国家实验室，也能开展复杂的分子克隆研究。吴瑞先生让生物技术从少数科学家的领地，变成了全球共享的科学生产力。

如果说 1968 年和 1971 年的发现是吴瑞在分子层面上书写传奇，那么他后半生的重心，则转向了更为宏大的命题 —— 科学知识的代际传承与跨国界的人才播种。

在 80 年代初期，中国生命科学领域面临严重的人才断层。吴瑞敏锐地意识到，单纯引进技术是不够的，必须将中国最优秀的学生送往世界顶尖的实验室。

1981 年，吴瑞用自己作为顶尖科学家的个人信誉作为担保，给几十所美国名校写信游说，说服他们接受由他专门组织的一套「CUSBEA 专项考试」。[7]

他动用自己的人脉，每年邀请、甚至亲自陪同美国顶尖大学的知名教授（如康奈尔大学的 Richard McCarty 教授等）飞到北京和广州，去给中国学生做一对一的全英文面试。[8]

CUSBEA 的项目从 1981 年开始，到 1989 年结束，在这 8 年间，共选拔派出了 422 名优秀的中国学生赴美顶尖高校攻读生命科学领域的博士学位 ——

袁钧瑛（第一届学者）： 现任哈佛大学医学院终身教授、美国国家科学院院士。她发现了控制细胞凋亡的关键基因，随后开创了细胞程序性坏死（Necroptosis）这一全新研究领域。

王晓东（第三届学者）：41 岁即当选美国国家科学院院士，他在细胞凋亡的生化途径解析上做出了诺奖级别的突破性贡献，并于 2003 年回国创办了深刻影响中国科研体制的北京生命科学研究所（NIBS）。

施扬（第一届学者）： 现任牛津大学路德维希癌症研究所主任，他在 2004 年发现了人类历史上第一个组蛋白去甲基化酶（LSD1），推翻了学术界几十年的教条，为癌症靶向治疗提供了大量全新靶点。

解密神经环路的骆利群、发现干细胞关键机制的林海帆、推动中国科研体制改革的王小凡 ……

这份熠熠生辉的名单很长。这 422 人，汇聚成了推动 21 世纪生命科学狂飙突进的中坚力量。

2007 年，饶毅和清华大学教授施一公、美国杜克大学教授王小凡共同给国务院起草了一份建议书，建议增加中国研究生的待遇，包括吴瑞在内的 50 多位学者在上面签名。饶毅说「这应该是他生命中签名的最后一份提议」[9]—— 吴瑞先生于 2008 年去世。

在吴瑞先生的追思会上，他实验室的资深研究员阿杰 · 加格（Ajay Garg）说道：「吴教授是一位真正的远见卓识者，他总是鼓励实验室成员去探索创新的想法，并始终致力于确保他的科研成果能够造福全世界尽可能多的人。」[10]

吴瑞先生一生与诺贝尔奖擦身而过 ——尽管今天的测序技术已经跨越到了第三代，但吴瑞先生发明的「引物延伸法」作为其核心逻辑，至今仍未改变 [11]。许多诺奖得主（如 James Watson）都是他的挚友，而他在康奈尔大学亲手带出的博士生杰克 · 绍斯塔克（Jack Szostak），也凭借端粒酶的发现斩获了2009 年的诺贝尔奖。

对于吴瑞先生未能摘取诺贝尔奖的遗憾，学术界常常为之惋惜。

2016 年，时任哈佛大学公共卫生学院教授的顶尖计算生物学家刘小乐（Xiaole Shirley Liu），曾对此作过一段极其深刻的评价：

「作为一名 50 年代初到美国的华裔移民，吴瑞当时所面临的社会与种族挑战无疑是极其巨大的。在缺乏社会背景和人脉支撑的情况下，他完全是凭借其卓越的科学天分与一颗纯粹的向善之心，才登上了事业的顶峰。如果他是一位来自英美的白人科学家，哪怕只是身处当今这个时代，他的科学贡献理应得到更高的赞誉与认可。但或许，我们有时不必过分执着于奖项或 H 指数（H-index），而应以一个人对科学界的整体影响，来客观地评价他。」[11]

「功成不必在我，功成必定有我」或许就是他最无憾的注脚。

参考资料：

[1]https://raywufund.org

[2]Wu R, Kaiser AD. Structure and base sequence in the cohesive ends of bacteriophage lambda DNA. J Mol Biol. 1968 Aug 14;35(3):523-37. doi: 10.1016/0022-2836(68)80012-9. PMID: 4299833.

[3]Wu R. Nucleotide sequence analysis of DNA. I. Partial sequence of the cohesive ends of bacteriophage lambda and 186 DNA. J Mol Biol. 1970 Aug;51(3):501-21. doi: 10.1016/0022-2836(70)90004-5. PMID: 4321727.

[4]Bahl CP, Marians KJ, Wu R, Stawinsky J, Narang SA. A general method for inserting specific DNA sequences into cloning vehicles. Gene. 1976;1(1):81-92. doi: 10.1016/0378-1119(76)90008-1. PMID: 1052323.

[5]Roychoudhury R, Jay E, Wu R. Terminal labeling and addition of homopolymer tracts to duplex DNA fragments by terminal deoxynucleotidyl transferase. Nucleic Acids Res. 1976 Jan;3(1):101-16. doi: 10.1093/nar/3.1.101. PMID: 765970; PMCID: PMC342881.

[6]Wu R. Methods in Enzymology volume 68 recombinant DNA. Methods Enzymol. 1979;68:1-555. doi: 10.1016/0076-6879(79)68001-1. PMID: 94418.

[7]https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/200772694821625185420.html

[8]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/200794113332342188572.html

[9]https://www.bio.pku.edu.cn/homes/Index/news_cont/4/3805.html

[10]https://news.cornell.edu/stories/2008/06/friends-and-family-gather-kendal-remember-ray-wu

[11]Luo L, Wu R. Ray Wu, fifth business or father of DNA sequencing? Protein Cell. 2016 Jul;7(7):467-70. doi: 10.1007/s13238-016-0271-8. Epub 2016 Jun 6. PMID: 27271424; PMCID: PMC4930775.

题图来源：图虫创意

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