化學界的黑影幢幢

化學界的黑影幢幢(Academic Entanglement)
知識通訊評論第68期

迪薇 (Mary Dwyer) 要物色她的博士指導教授，海林加 (Homme Hellinga) 就是她的首選。然而海林加實驗室裡的學生卻勸她三思，因為他們那裡很艱辛。

一個聲名卓著的科學家、他的研究生、以及兩篇撤回的重要論文，構成了震驚美國化學界的學術紛爭案例。

迪薇 (Mary Dwyer) 要物色她的博士指導教授，海林加 (Homme Hellinga) 就是她的首選。海林加是美國杜克大學醫學中心的生化學家，他的科學想法突破創新，研究計畫也令人心動。他很能認同迪薇對蛋白質結構及其功能之間關係的興趣。然而問題是海林加實驗室裡的學生卻勸她三思，因為他們那裡很艱辛，還有很多更好過的實驗室可以選擇。

有個學生甚至把她拉到一邊，開門見山地告訴她，跟海林加共事太過艱難，迪薇根本不應該加進來。當時那位學生回憶過往，表示離開海林加實驗室的學生，比起在他指導下獲得博士學位的人數，要多得多。

然而迪薇還是在海林加的研究小組裡，參與了一小段時間，並沒有發現什麼值得緊張的事。她回憶說她覺得自己或許能夠應付，因此在大約九年前，她決定加入海林加的實驗室。

迪薇在海林加的指導下，在《自然》與《科學》等期刊上發表重要論文，為海林加原就璀璨的職業生涯錦上添花。但是去年卻有另一名科學家在論文裡發現問題，最終迫使他們撤回兩篇論文，而海林加把責任都歸咎於迪薇，指控她假造資料。這一段插曲引發出爭議與責難，同時卻也點出科學家在進行頂尖研究時的壓力。

海林加是一名根正苗紅的大膽科學家。打從他在《自然》期刊上發表第一篇論文，他就一直被一個問題迷住：究竟系列的氨基酸是如何編碼形成了蛋白質的功能？

海林加是一名根正苗紅的大膽科學家。打從他在《自然》期刊上發表第一篇論文，他就一直被一個問題迷住：究竟系列的氨基酸是如何編碼形成了蛋白質的功能？破解這種編碼可讓研究者設計出特製的蛋白質，因此是生化科學的主要目標之一。海林加與他的博士後導師，美國耶魯大學的李查斯 (Frederic Richards) ，在一九九一年一起推出一套想要用來破解編碼的電腦程式；這套叫做 DEZYMER 的程式，可預測會採用目標結構與功能的蛋白質序列，其中有些並不是自然存在的。

海林加著手研究這樣的問題相當恰當。認識海林加的人，形容他是個對自己的智識具有高度自信，只對大的挑戰有興趣的人。比方說有位科學家就想起有一次，海林加問他的同事說，「你覺得有朝一日我會不會比達爾文更出名？」海林加被問到是否同意別人說他狂妄自大，他回答說「我不同意。「不過如果說我個人看起來是不是有點自大的話，我就會認為是。當你在試著進行一項困難的實驗時，你必須要有某種程度的自信，能夠說出『好，就是現在，我想我們具備值得一試的技法與點子，現在就這麼幹吧！』。」

宏大目標

大約是在二○○二年，海林加決定投入當時他所碰過最艱困的挑戰：把簡陋的蛋白質大幅重塑，轉變成高度活化，稱為三碳糖磷酸異構脢 (Triose phosphate isomerase, TIM) 的生物觸媒酵素。這種酵素是在大多數有機體裡都能發現，是稱為酵解途徑 (glycolysis pathway) 生物連鎖反應的一部份。海林加的研究目標顯得極其大膽，因為其他科學家雖然也有設計出一些弱酵素，但它們都不像有極高的效率，被認為是「完美酵素」的 TIM那樣具有活性。

三碳糖磷酸異構脢 (Triose phosphate isomerase, TIM) 的作用

海林加選了迪薇跟另一名叫做陸格 (Loren Looger) 的學生，一起參與研究大腸桿菌的計畫。她們的工作是將大腸桿菌裡，沒有酵素活動的核糖綁束蛋白質轉化成 TIM 。陸格與海林加撰寫電腦程式，以模擬核糖綁束蛋白質的結構要如何改變，才能如 TIM一般的運作。迪薇用他們寫出來的程式，設計出突變的核糖綁束蛋白質，將其稱為「 NovoTIM 」，然後測試它們是否可以在實驗室裡發揮作用。

形容自己「相當保守」的迪薇，對於計畫的結果會如何持保留態度，她說她始終都心有疑慮。迪薇在大約六個月內，測試了二十五種設計，發現其中有兩種蛋白質具有活性，但也注意到有一些問題：大腸桿菌所製造出來的 NovoTIM 蛋白質數量，比它們本身天然（或原生）的蛋白質少很多，而且 NovoTIM 也非常不穩定。

也許是因為這些問題，迪薇實驗產生出了一些有關 NovoTIM 活性的令人困惑資料。她測量用來描述酵素如何作用的動能參數，測試並不總是產生相同的結果；迪薇回憶說，她覺得是因為那些可見的變異性，才因此無法確定動能參數。即使在她開始跟實驗室裡的另一位成員合作進行研究，同樣也獲致許多變異性，他們也摸不著頭緒。但是海林加卻說，這些變異性「並不會比你在（這樣的）實驗裡，所預期會產生的變異性來得更大。」

到了二○○四年年初，海林加已經準備要發表論文了。他在三月二十九日將一篇探討 NovoTIM 的論文送到《科學》期刊，該論文在五月九日被接受通過。然而該篇論文並未提及迪薇注意到的變異性，僅僅採用了她所做出來最好的實驗數據，並且就宣告研究成功。「我們利用計算設計的技法，成功地將不具有觸媒活動的蛋白質，轉化成三碳糖磷酸異構脢。」論文裡如是說。

迪薇是這篇發表在《科學》期刊論文的第一作者，海林加跟陸格則是共同作者；陸格在那一年離開杜克大學，現在霍華休斯醫學中心在美國維吉尼亞州的珍利亞農場研究園區工作。然而迪薇並沒有為這項成就額手稱慶。她回憶認為那種感覺很奇怪，她其實想要對變異性問題多加著力，連帶地也一起處理她觀察到的一些其他的奇怪結果。她覺得他們好像還沒真的成功。

迪薇表示她當時就向海林加提出她的疑慮，但是海林加卻說，他並不認為他有逼迫迪薇或任何人提早發表尚未成熟的研究結果。他表示這些事情當時都已經跟所有相關人士詳加討論了。

那一年的九月，國家衛生研究院將新設的九項研究先驅獎之其中一項，頒給了海林加，這是五年內總直計二百五十萬美元的研究補助。他在十月又因其在美國加州前瞻奈米研究中心的研究成果，獲頒價值一萬美元的費曼獎。他說大約就在同一時間，他與妻子杜克大學結構生化學家畢絲 (Lorena Beese) ，也在包括耶魯大學的好幾項工作機會中，選擇要去哪裡高就。然而在二○○五年四月，杜克大學任命海林加為詹姆斯杜克講座生化教授，畢絲也在翌年獲頒同樣的榮譽。杜克又新設立生物結構設計研究所，由這對夫婦共同擔任所長。

一絲不苟

海林加的職業生涯一飛沖天之際，他也許很容易就忽略了在二○○四年十二月，夾雜在紛至沓來的榮譽信函，送到他辦公桌上的一封信。這封信的開頭是這樣寫的：「親愛的海林加教授，我在想你是否有興趣與我進行合作。」

這封信的作者是紐約州立大學水牛城分校的化學生物學家李察 (John Richard) 。李察拜讀了酵素學領域裡的大師著作，包括美國威斯康辛大學麥迪遜分校的弗萊 (Perry Frey) ，布朗戴斯大學的簡克斯 (Bill Jencks) ，以及現在加州大學爾灣分校，因為發現稱為泛素的蛋白質如何標記細胞內需要分解的其他蛋白質，獲頒二○○四年諾貝爾化學獎的羅斯 (Irwin Rose) 。

大腸桿菌

李察發展一套分析 TIM 觸媒反應的方法。他看過海林加在《科學》期刊上的那篇論文，想要比較 NovoTIM 跟那些一般 TIM 之間的特性。李察向海林加提議進行這類的實驗，卻沓無回音。海林加說，那並不在是他的優先關注。

兩人來自非常不一樣的科學文化背景。李察受的訓練是機械性的酵素學，以物理有機化學的研究工作聞名於學界；物理有機化學是一個不再風行的研究領域，李察說也許是因為「所有簡單的實驗都被做光了」。

李察在這些需要一絲不苟與細心慎重的研究領域裡備受尊崇，美國普度大學生物化學家卡波克 (Joseph Kappock) 就說，李察無疑是現今全世界研究酵素的物理有機化學家裡，最優秀的其中一位。相對地，炙手可熱的蛋白質設計研究領域，需要的卻是大膽創新，因為它的目標不僅僅在於瞭解自然，同時還要加以改良。

二○○六年七月，李察與另一名在美國加州大學柏克萊分校擔任名譽教授的化學家柯爾許 (Jack Kirsch) ，討論這篇登在《科學》期刊上的論文；海林加曾在柏克萊舉辦過一次關於其研究成果的研討會。柯爾許在八月九日寄給海林加一封電子郵件，裡頭寫道：「李察最近告訴我說，他寄給你一封電子郵件，索求一些研究材料。你為何無法答應他的請求，請問有任何原因嗎？」

這封電子郵件似乎讓事情得以順利進行。海林加在十月二十日寫信給李察，答應寄給他為了《科學》期刊那篇論文，所製造的 NovoTIM 蛋白質的 DNA 樣模。他也寄出前一年由迪薇與另一名研究者所製，另一批的 NovoTIM 樣模。當時有一篇在講這些新蛋白質的論文，即將於《分子生物學》期刊上發表。海林加把表徵與純化所有這些 NovoTIM 的做法寄給李察，同時附上一條備註：「我希望閣下的實驗能夠成功，並期盼能看到關於這些設計的分析資料。」

李察在水牛城雇用一名名叫庫黛卡 (Astrid Koudelka) 的技術員，進行這項 NovoTIM 實驗計畫。庫黛卡遵照海林加的筆記進行實驗，筆記裡指示她使用一種叫做分階梯度沖堤 (step gradient elution) 的方法，來純化 NovoTIM 。然而問題卻產生了：分階梯度沖堤無法將 NovoTIM 從其他污染的蛋白質裡分離出來。

李察的化學家妻子艾米絲 (Tina Amyes) 接著測量 NovoTIM 其中一項叫做米契里斯常數 (Michaelis constant) 的動能參數，發現這跟海林加在《科學》期刊那篇論文裡報告的不同，反倒是跟自然野生型的大腸桿菌 TIM 的參數相似。二○○七年前半年裡，艾米絲在研究 NovoTIM 所發現的都跟海林加論文裡報告的不同，一切均指向野生型的 TIM 。

庫黛卡後來調整海林加的實驗流程，使用一種比分階梯度沖堤更強力，稱為連續梯度沖堤的純化法，結果新做法乾淨俐落地將 NovoTIM 與污染物分離開來。但是艾米絲分析純化的 NovoTIM ，卻沒發現酵素活性，相反地是污染蛋白質具有活性，而且就好像是野生型的大腸桿菌 TIM 。

到了去年七月，水牛城研究小組已經確信海林加的實驗出了差錯。他們認為海林加的實驗室採用分階純化法，並不能從大腸桿菌裡一般發現的 TIM 裡，分離出 NovoTIM 。 NovoTIM 也沒有活性，相反地海林加在論文裡報告的所有活性，也許都是來自污染的野生型 TIM。

紐約州立大學水牛城分校的化學生物學家李察 (John Richard) 。李察拜讀了酵素學領域裡的大師著作，包括美國威斯康辛大學麥迪遜分校的弗萊 (Perry Frey) ，布朗戴斯大學的簡克斯 (Bill Jencks) ，以及因為發現稱為泛素的蛋白質如何標記細胞內需要分解的其他蛋白質，獲頒二○○四年諾貝爾化學獎的羅斯 (Irwin Rose) 。

李察說他覺得有點氣餒，花了不少時間、金錢跟資源，基本上卻什麼都沒做到，只是證明某個東西搞錯了。然而研究團隊還是覺得有義務試著糾正這份科學記錄，庫黛卡說如果只是輕描淡寫說兩句「這搞錯了，我們別管它，繼續弄別的吧」，對科學界來說並不公平。

回應迅速

李察在七月二十六日寄給海林加一封很長的電子郵件，列舉其研究團隊的諸般實驗證據，並且指出海林加其他論文裡，某些他看到的額外問題。李察也將副本寄給審核論文的《科學》期刊與《分子生物學期刊》編輯，以及另外兩位化學家。李察在信裡補充寫道：「我認為這些議題必須以適切的辦法加以處理。請務必瞭解要寫下這封信，對我來說有多麼艱難。」

這回海林加回應得可快了。海林加在七月三十日回覆電子郵件，寫道關鍵的實驗「是由我的研究小組裡的不同成員，重複了好幾次做出來的」。這些實驗包括偵測 NovoTIM 活性的試驗，以及一套負面對照組的實驗。海林加表示，在這兩篇論文裡都沒有提及的負面對照組實驗裡，沒有發現純化的核糖綁束蛋白質裡，有任何活性存在。不過他同意再看一次關於 NovoTIM 的部分，他寫道「我們會進行一次跟你們所描述過程類似的純化實驗」。

迪薇從頭到尾都不知道李察與海林加彼此交換的這些訊息。她在二○○四年取得博士學位，隔年就離開海林加的實驗室，在另一個科系進行博士後研究。因此在去年九月三日勞動節，海林加以電子郵件通知她，要在當週跟她碰頭，討論關於 NovoTIM 的一些事情時，她並沒有特別在意。但是迪薇新的指導老師，藥理學與癌症生物學教授麥克唐奈爾 (Donald McDonnell) ，卻建議她不要跟海林加單獨碰頭，他覺得她最好跟某個可以維護她自身權益的人同行。麥克唐奈爾後來在那個星期安排了一次會面，除了他自己、迪薇跟海林加以外，另外還有兩名生化系的教員參與。海林加就在這場會面裡丟下震撼彈，迪薇說海林加表示「我真的很難相信妳沒有捏造這一切」，而且他再三重複這類的話。她說，這實在是太可怕了。

迪薇的指導老師為她辯護，她也聲稱自己無辜。她說這太荒唐了，不，她沒有造假，海林加說的不是真的。

幾個星期之後，麥克唐奈爾、海林加、迪薇以及生化系系主任再度會面。迪薇的先生也是一名科學家，這次他也出席。迪薇對海林加出示她的實驗室筆記裡的資料，她認為這足以澄清她的清白。但她回憶當時的情景，表示海林加一點也不想看那些資料一眼，他認定這都是迪薇的錯，事情就是如此。海林加的記憶卻不一樣，他說迪薇所言不是事實，他當然有看過那些資料，也讓實驗室裡的人重複進行那些實驗。

海林加於十月八日，寫信給李察。他寫道：「我們已經完成對 NovoTIM 的重複實驗。我同意你對 NovoTIM 設計並沒有展現酵素活性的發現是正確的，論文裡報告的活性，是非常有可能是因為內生的野生型三碳糖磷酸異構脢污染活性所導致。」海林加還寫道，重複的負面對照組實驗發現「在經由分階梯度沖堤法處理，準備用來進行實驗的野生型核糖綁束蛋白質調配物裡，帶有 TIM 活性」。

「沒有把蛋白質純化好，是一種二流的錯誤。」 —- 克萊蘭德

海林加補充說，重複實驗是由三個人所進行的，「但其中並沒有負責進行《科學》期刊那篇論文裡所提到的那些實驗，以及《分子生物學期刊》那篇論文裡負責大部分負面對照組實驗的原作者迪薇。」海林加把迪薇指為要為實驗負起主要責任的科學家，似乎跟他在七月三十日寫給李察的電子信件內容互相矛盾，當時他提到事涉「多位不同成員」。然而海林加對《自然》提出澄清，表示他七月所寫的電子信件「有不甚精確之處」；他說迪薇是當時唯一進行負面控制組實驗的人。

海林加在寫給李察的電子信件裡繼續寫道：「正在與迪薇聯絡，試著要找出一個解釋…這件事已經呈報校方醫學院院長室，進行進一步的調查。」

研究行為失當委員會於十二月召開一場正式的調查聽證會，迪薇在聽證會中對於針對她的指控進行了答辯。今年二月四日她收到一封來自醫學院副院長畢爾利 (Wesley Byerly) 的信函，洗清她捏造作假實驗結果的嫌疑。

指責文化

但是關於調查行動的事情已經宣揚出去，一些化學家認為指導教授指控學生造假非常不當，對此事感到怒不可遏。弗瑞表示這是可以理解的，指導引領學生找出資料跟解讀裡頭有什麼問題，並且讓學生看到謬誤在哪裡，是指導教授的責任。

《科學》期刊與《分子生物學期刊》的那兩篇論文，在今年二月雙雙正式撤回。《科學》期刊那篇論文的撤銷聲明寫道：「在我們報告的配製物裡，所觀察到的三碳糖磷酸異構脢活性，可歸因於野生型 TIM 的未純化。」另一篇撤銷聲明也很類似。其他的化學家對於海林加的實驗室竟然會被簡單的污染問題愚弄，感到很訝異。威森康辛大學麥迪遜分校的克萊蘭德 (Wallace Cleland) 就表示，沒有把蛋白質純化好是一種二流錯誤，特別是在一篇像這樣的論文裡。

到底發生了什麼事，依然是撲朔迷離。《科學》在三月十日公布李察與柯爾許的信件，列舉他們表示撤回論文並未解決的議題。舉例來說，他們提到海林加報告說， NovoTIM 的動能參數與野生型 TIM 並不相同的事，然而既然所有海林加論文裡的活性都被認為是來自野生型酵素，這點就相當令人費解。

柯爾許也提出關於《科學》期刊那篇論文裡，「只有在設計成功的情況下才會合理」的實驗相關問題。舉例來說，該篇論文提到 NovoTIM 可做為欠缺 TIM 酵素的大腸桿菌裡，野生型 TIM 的替代品；傳聞中另一項試驗則顯示突變的 NovoTIM 變得較無活性，就如同 DEZYMER 程式所預測的一樣。如果設計的酵素從未成功，這些實驗結果就都不合情理。

海林加並未對柯爾許跟李察所提出的這些問題，提供任何解釋。迪薇認為關於蛋白質表徵與試驗變異性的議題，多少是應該追究的，她說現在回想起來，一旦把實驗錯誤考量進去， NovoTIM 突變種的疑似減少活性，實際上並不顯著。然而沒有任何人為哪裡出錯提出一個清楚的答案，這對於花了相當可觀的時間與資源，試著找出真相的李察來說，非常令人沮喪。

然而由於李察的努力，另一隻研究團隊可望獲致海林加一度宣稱的突破性成果。由美國華盛頓大學生化學家貝克 (David Baker) 率領的研究團隊，於三月間發表了兩篇論文，指出電腦程式確實可用於設計有作用的酵素。

同時，其他的科學家質疑是否海林加自己也應該接受調查。有人指出杜克大學校方政策裡有明言，倘若有研究行為失當的指控被發現「無所依據、動機不軌或魯莽輕率，該事件將依據既定的校方政策與機制處理之。」

人們就是這樣，舟中不知懼，席中不知警。但也許現在大家都學乖了。
——迪薇

海林加說他並未收到他要受調查的正式通知。杜克大學不願特別對此發表評論，只說他們瞭解到海林加博士撤回論文一事，已在科學界引起可觀的辯論，該校會持續追蹤其後續發展，並且在評估辯論中所提到的諸多論點。

海林加在被問到是否會改正當初在 NovoTIM 實驗裡的做法，他說：「我希望不要碰到現在我們碰上的這些難題。」而他在被問及他的實驗室是否操之過急的時候，他則答道：「以當時我們對其瞭解的程度來說，步調並不會過快。當然囉，如果我們知道事情會出差錯的話，就不會以那麼快的步調向前進展。」

至於迪薇，她還是對這段經歷感到驚恐。她說對於當初沒能抓住問題，她感到極為良心不安，她就是沒能做到，現在只能概括承受，這一切真的很難受。她現在試著繼續在人生跟科學職業生涯的路上走下去，在麥克唐奈爾的指導下，在新的實驗室與新的內分泌學研究領域裡，從事研究工作。

迪薇說，有時她會想起那些在多年以前，試著讓她遠離海林加實驗室的人。她不禁要想，倘若當時她對這些建議多留一份心，事情該會是多麼的不同。她說人們就是這樣，舟中不知懼，席中不知警。但也許現在大家都學乖了。