显微镜能让陌生的颗粒进入视野,要理解眼前所见,还得再走一步。1967 年 4 月,琼·阿尔梅达(June Almeida)与戴维·泰瑞尔(David Tyrrell)共同发表了一项研究,其中起决定作用的是一次比较:两种人类呼吸道病毒的外观,与一种已知感染鸡的病毒相似。[1] 那个陌生的轮廓,由此成了探寻病毒关系的线索。
早在这些样本送抵伦敦之前,阿尔梅达就已走上通往这项发现的道路。她从制备标本的日常工作中积累经验,学着保存有用的细节,辨别哪些差异值得留意。沿着这条线索回看她的工作,会发现她的本领既在于察觉新事物,也在于让证据变得清楚可读。
在实验室里求学
阿尔梅达 16 岁离开学校,家里的经济条件让大学求学成了奢望。1947 年,她进入格拉斯哥皇家医院,从事组织病理学工作,随后转到伦敦的圣巴塞洛缪医院,继续在这一领域任职。移居加拿大后,她在多伦多的安大略癌症研究所找到了一份电子显微镜技术员的工作。乔伊斯·阿尔梅达(Joyce Almeida)撰写的讣告记述了她的经历:凭借发表的论文和工作中展现的能力,她在缺少大学学历的情况下走上了科研道路。[3]
这段经历让人愿意在技术员这个称呼上多停留片刻。标本怎样制备,决定了观察者日后能据此声称看到了什么。仪器负责放大,制备的质量与观察者的判断,则决定放大后的材料能带来多少信息。发现背后的这部分工作往往隐在幕后,在阿尔梅达的论文中却格外清晰。
1963 年 3 月,她与艾伦·豪厄特森(Allan Howatson)发表了一种对细胞相关病毒实施负染色的方法。论文的机构署名列有安大略癌症研究所和多伦多大学医学生物物理学系。[4] 从这篇论文里,可以看见她在一个实际开展研究的团队中成长,也能看见具体的标本制备方法本身成为值得发表的知识。
用反差显出轮廓
负染色在生物材料周围制造反差。电子致密的染色剂包围颗粒,并进入能够渗入的空隙,让颗粒的形状显现出来。美国疾病控制与预防中心(CDC)的期刊《新发传染病》(Emerging Infectious Diseases)后来刊登过一篇方法综述,解释了这种技术的吸引力:观察者可以直接在标本中寻找可辨认的形态,省去预先针对某种疑似病毒选定抗体的步骤。综述同时强调,标本制备、颗粒浓度,以及凭形态作出判断的限度,都需要认真对待。[5]
这一区别关系重大。针对性检测从某个特定病原体出发设问;较为广泛的形态观察,则有机会发现预期之外的东西,前提是足够多、形态可辨的材料抵达电镜载网。观察范围更开放,辨认结果仍有出错的风险。眼前的形状仍需判断,标本质量差时,可供判断的线索也就寥寥。
阿尔梅达的实践经验正是在这里发挥作用。一个模糊或受损的颗粒究竟是否属于陌生的生物,仅靠性能更强的显微镜仍难判定。让材料经过制备后保留下更多有用的细节,比较才有更好的起点。
抗体也能让关系显形
在 1963 年 9 月发表的另一项研究中,阿尔梅达、伯恩哈德·西纳德(Bernhard Cinader)与豪厄特森观察了经过负染色的病毒与抗体混合物。电子显微照片显示,抗体将颗粒连接成团,有时还会连成环状。当抗体极度过量时,图像中的情形发生了变化:颗粒表面覆着厚厚的抗体,交联现象则很少出现。[6]
多加试剂就能得到更好的结果,这个直觉在上述观察面前遇到了限制。图像呈现的样貌取决于各成分的配比。一幅图像既能显出生物之间的相互作用,也会记录下实验者为这种作用设置的条件。
这项工作让研究者能够将外观形态与免疫学关系结合起来,也为理解阿尔梅达的科研经历划出了一条需要留意的界线。抗体辅助成像与常规负染色,是她掌握的两种相关技术。冠状病毒论文所用的是负染色,制备过程中未添加抗体。[1]
普通感冒带来了棘手的标本
A. P. 沃特森(A. P. Waterson)在多伦多结识阿尔梅达后,于 1964 年将她招入伦敦圣托马斯医院医学院。[3] 与此同时,在索尔兹伯里附近的普通感冒研究中心,泰瑞尔与 M. L. 拜诺(M. L. Bynoe)正面对一批用常规培养方法难以培养的样本。
两人于 1965 年 6 月发表论文,描述了一种与感冒有关、可用器官培养法增殖的病原体 B814。器官培养保留了呼吸道组织,实验材料比常规的单层培养细胞更为完整。此前,常规培养未能成功,研究者虽已有证据表明感染性材料存在,却仍难以查明它的特征。[7]
这里已经显出了一个分量很重的实验经验:实验室培养病原体失败,原因可以出在培养条件上。患者的病情有其自身规律,实验室已有的方法能否呈现它,是另一个问题。器官培养带来了可供检查的不同材料,显微镜随后便能追问,其中究竟有什么。
在 1967 年的研究中,阿尔梅达与泰瑞尔将器官培养物中的细胞轻柔分散,再检查经过负染色的制备物。调查过程中,他们也检查了已知病毒和未经接种的培养物。B814 与 229E 的外观接近禽传染性支气管炎病毒;第三种病原体 LAKEY,则接近副流感病毒群。[1]
第三个结果有其分量:这套方法分辨出了外观上的差异,为研究者将其中一种病原体排除在拟议的关联之外提供了依据。
比较之后,才有了名字
1968 年 11 月 16 日,《自然》(Nature)的一则通告介绍了为这组病毒提出的名称:冠状病毒(coronaviruses)。包括阿尔梅达与泰瑞尔在内的八位病毒学家,将这些病毒表面一圈圆钝突起的共同形貌,与太阳日冕联系起来。人类病毒和动物病毒由此有了一种共同的形态描述,可以放在一起讨论。[8]
这则通告记录的是分类工作持续推进过程中的一次命名提议。把它简化成某个现代病毒科在一次实验室观察中便完整诞生的故事,会抹去其中各项工作的分别。培养、成像、比较和命名各有贡献,由多位研究者历经数年完成。
外观相似与是否引起相同的疾病,也仍是两个问题。分类为后续研究整理出问题的线索,归入其中的生物还各有许多问题有待解答。把命名通告与此前的实验放在一起阅读,就能看见一项有用的概括是怎样审慎地逐步浮现的。
让技艺传到他人手中
1980 年,阿尔梅达在综述《诊断电子显微镜技术的实践问题》(Practical aspects of diagnostic electron microscopy)中,再次回到具体操作。她描述了负染色如何从病毒结构研究走向诊断工作,并逐步列明获得有用制备物所需的操作。[9] 她始终关心的是,换到另一个人手里,这套方法也能发挥作用。
以这项工作作为她这段科研生涯的收束,尤其能看清她的贡献。一幅著名的图像可以脱离制作者而广为流传;一套可用的方法则保存了更难留住的东西:成就那幅图像的一系列选择。把这些选择教给别人,另一间实验室便有机会重现辨认病毒所需的条件。
阿尔梅达的这段微观史,就写在技艺与判断相接的地方。她帮助陌生颗粒显出足够清楚的形貌,使比较成为可行的工作;实验与合作者则为认真看待这些比较提供了理由。留存下来的成就,是一种能够讲明、核验并传授的观察方法。
来源
- June D. Almeida 与 D. A. J. Tyrrell,《三种此前特征未明、可在器官培养中生长的人类呼吸道病毒的形态》,Journal of General Virology 1:175–178(1967 年 4 月 1 日)——原始论文,记录了实验方法、对照,以及 B814、229E 与 LAKEY 之间的区别。
- 苏格兰国家博物馆,《塑造科学史的八位苏格兰女性》,琼·阿尔梅达部分——提供 Norman James 于 1963 年拍摄照片的出处和署名;本文采用其照片资料,该页简略的发现年表未作为本文的叙述依据。
- Joyce Almeida,《琼·阿尔梅达(原姓 Hart)》,BMJ 336:1511(2008 年 6 月 28 日)——讣告,记述了她在各实验室的任职经历,以及受聘前往圣托马斯医院的经过。
- June D. Almeida 与 Allan F. Howatson,《一种用于细胞相关病毒的负染色方法》,Journal of Cell Biology 16:616–620(1963 年 3 月 1 日)——原始方法论文,列有其在多伦多的所属机构。
- Paul R. Hazelton 与 Hans R. Gelderblom,《用于快速诊断新发传染性病原体的电子显微镜技术》,Emerging Infectious Diseases 9:294–303(2003 年 3 月)——解释负染色、形态辨认、标本质量及诊断的限度。
- June Almeida、Bernhard Cinader 与 Allan Howatson,《抗原—抗体复合物的结构:一项电子显微镜研究》,Journal of Experimental Medicine 118:327–340(1963 年 9 月 1 日)——关于交联和抗体过量的原始观察记录。
- D. A. J. Tyrrell 与 M. L. Bynoe,《在器官培养中培养一种新型普通感冒病毒》,BMJ 1:1467–1470(1965 年 6 月 5 日)——关于 B814 及其培养难题的原始报告。
- 《病毒学:冠状病毒》,Nature 220:650(1968 年 11 月 16 日)——当时的命名通告,记录了这组病毒的拟议名称及其形态学依据。
- J. D. Almeida,《诊断电子显微镜技术的实践问题》,Yale Journal of Biology and Medicine 53:5–18(1980 年 1—2 月)——阿尔梅达本人对标本制备及该方法诊断用途的论述。