旁遮普一个村子里税务办事员的儿子哈尔·戈宾德·霍拉纳，帮助破解了完整的遗传密码，1970年造出77个碱基对的基因，并分享了1968年的诺贝尔奖

哈尔·戈宾德·霍拉纳（Har Gobind Khorana）与马歇尔·尼伦伯格和罗伯特·霍利分享了1968年诺贝尔生理学或医学奖，诺贝尔基金会的表述是“因其对遗传密码及其在蛋白质合成中的功能的解读”。他承担的部分是化学。他一个字母一个字母地造出DNA和RNA分子，序列由他自己选定，用它们去读出密码里三字母“词”的含义。他生在旁遮普一个约100人的村子，家里按他自己的说法，几乎是村里唯一识字的人家。

据菲利普·夏普（Phillip Sharp）和乌图姆·拉杰班达里（Uttam RajBhandary）撰写的美国国家科学院传记，获奖两年后，他的实验室宣布首次用化学方法合成了一个基因：77个碱基对的双链DNA，由化学方法造出的短片段拼成。印度的科学门户网站称他是破解遗传密码的印度科学家，印度政府1969年授予他Padma Vibhushan勋章。

密码是什么，1961年缺的是什么

DNA和RNA用四个字母书写。三个字母为一组，叫密码子，告诉细胞合成蛋白质时下一个要加哪种氨基酸，一共有64种可能的组合。据印度科学技术门户网站，四种碱基决定蛋白质中20种氨基酸的排列顺序。读出密码，就是填满一张有64项的表。

第一项出现在1961年，马歇尔·尼伦伯格和海因里希·马特哈伊（Heinrich Matthaei）给一种无细胞的细菌提取物喂了只由尿嘧啶构成的RNA，它就造出一条只由苯丙氨酸这一种氨基酸构成的链。诺贝尔奖的颁奖词说，尼伦伯格1961年8月报告了他的最初结果。要填满其余63项，需要字母选定、顺序已知的RNA，而1961年的化学一次只能造出少数几个RNA单元。

霍拉纳为这个问题已经花了好几年。颁奖词说，密码的所有细节在尼伦伯格最初报告之后不到五年就确立了，“主要来自尼伦伯格和霍拉纳的工作”。印度自己大规模读取DNA的情况，见GenomeIndia，为10,074人测序的项目。

一个约100人的村子

霍拉纳的诺贝尔自传把他的出生地写作赖布尔（Raipur），旁遮普的一个村子，现在属巴基斯坦，并说他确切的出生日期不得而知，不过文件显示是1922年1月9日。印度科学技术门户网站和2022年《The Wire Science》上的一篇文章则写作木尔坦（Multan），也就是他上学的城镇。本文依从他自己的说明。

霍拉纳在五个孩子里最小，上有四个哥哥和一个姐姐，父亲是帕特瓦里（patwari），英国统治下为农业税估值的村办事员。诺贝尔传记说家里缺钱，但父亲执意要让孩子受教育。传记补充说，赖布尔的其他居民全是穆斯林，他家是唯一的印度教家庭。

中学是木尔坦的DAV高中，一位叫拉坦·拉尔（Ratan Lal）的老师影响了他，大学是拉合尔的旁遮普大学。传记按顺序讲到一份奖学金、1943年的化学学位和1945年的硕士学位。马汉·辛格（Mahan Singh）指导他在那里的研究，诺贝尔自传说他是一位了不起的老师，也是一位准确的实验家。

1947年8月印巴分治时，他已去了英国。赖布尔成了巴基斯坦的一部分，传记说他的家人作为难民迁到印度，一部分人定居在新德里附近。政治背景见拉德克利夫线的叙述。

利物浦、苏黎世、剑桥和温哥华

1945年，一份印度政府的奖学金把他送到利物浦大学。这份奖学金由农业部提供，本来是为研究杀虫剂和杀菌剂，传记说，它到来时，回国的退伍军人已使大学名额所剩无几。化学系的罗杰·比尔（Roger Beer）指导他的研究，霍拉纳1948年获得博士学位。

1948至1949年，他在苏黎世的瑞士联邦理工学院做了一年博士后。传记说，霍拉纳没有任何推荐信或引荐信就去找弗拉迪米尔·普雷洛格（Vladimir Prelog），普雷洛格收下了他。吸引他的一部分原因是语言，因为许多化学文献是德文的，他在那里读到一篇关于碳二亚胺这种试剂的德文论文，后来在他的大部分研究里起了核心作用。传记说，1949年他在印度找工作没有成功，剑桥亚历山大·托德（Alexander Todd）的实验室却空出了一个位置，他1949年12月起在那里工作。

在剑桥，他发现二环己基碳二亚胺这种试剂可以把磷酸酯偶联成焦磷酸盐，这是托德实验室最关注的一个反应。传记说，碳二亚胺方法后来让他得以制造序列确定的DNA和RNA片段。1952年，戈登·什鲁姆（Gordon Shrum）给了他温哥华不列颠哥伦比亚研究委员会的一份工作，用诺贝尔自传中引用的什鲁姆的话说，那里有“世界上所有的自由”。同一年，他与埃丝特·伊丽莎白·西布勒（Esther Elizabeth Sibler）结婚。传记说，后来也成为诺贝尔奖得主的阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）和保罗·伯格（Paul Berg）曾到温哥华的实验室来学习他的方法。

1960年，威斯康星大学麦迪逊分校请他担任其酶研究所三位联合所长之一，他也成了入籍的美国公民。

重复的模式，64个三联体，和一个没有例外的结果

按他的诺贝尔演讲所述，方法是从化学合成的短DNA片段开始，每一段是两个、三个或四个字母的重复模式。DNA聚合酶是一种复制DNA的酶，把它们延长到50至200倍。第二种酶RNA聚合酶接着把一条链复制成RNA，仍是重复的模式。这种RNA被放进大肠杆菌（Escherichia coli）的无细胞提取物，再分析出来的蛋白质链。

两个字母轮流重复，得到的是两种氨基酸交替的蛋白质。演讲举的例子是U和C交替的RNA，产生丝氨酸和亮氨酸，但仅凭这个实验，无法判定密码子UCU指的是丝氨酸、CUC指的是亮氨酸，还是反过来。尼伦伯格和菲利普·莱德（Philip Leder）设计了第二种测试，问当一个特定的三字母片段存在时，哪一种氨基酸载体会黏附在核糖体，即细胞的蛋白质工厂上。演讲说，霍拉纳的小组为此合成了全部64个三核苷酸。霍拉纳还写道，这种测试“事实证明并不完全可靠”，所以最终的表是把它与重复聚合物，以及其他实验室的工作结合起来得到的。

在演讲中，霍拉纳报告，从重复聚合物得出的预测被证实“无一例外”，并把1963至1967年称作基本上没有间断的成功时期。传记概括了这一结果。每个密码子都是三联体，64个中有61个代表氨基酸，另外三个，UAG、UAA和UGA，告诉细胞停止。尼伦伯格的团队和其他人贡献了表的另一些部分，三位得主各得奖金的三分之一。在颁奖词中，卡罗林斯卡学院的P. 赖夏德（P Reichard）教授说：“最后的大部分工作是霍拉纳做的。”他补充说，霍拉纳合成的核酸是最终解决问题的先决条件。

传记里还有一个故事，关于宣布消息的那个早晨。霍拉纳去了一间租来的湖边小屋工作，那里没有收音机，也没有电视，埃丝特开车出去告诉他。当天在实验室的庆祝会上，他对两位同事讲了他的下一个目标，用化学方法合成一个基因。

1970年的77个碱基对基因，以及完全能工作的基因

目标是酵母丙氨酸转移RNA的基因，转移RNA是把氨基酸运到核糖体的一种小RNA。据传记，选它是因为1965年它是唯一已知序列的基因产物，那是霍利的工作。1960年代中期发现的两种酶，多核苷酸激酶和DNA连接酶，使团队能够制备五到二十个单元长的短片段，让它们排列在互补的伙伴上，并封合接口。

《自然》在1970年7月4日刊出这篇论文，署了13位作者的名字。摘要说，化学合成的片段被组合成双链DNA，对应于最早被测出特征的tRNA的基因。传记说，它的长度是77个碱基对，1972年《分子生物学杂志》的整整一期登了十三篇详细的论文。

夏普和拉杰班达里把这一成果与一个完全有活性的tRNA基因区分开来，后者“带有表达所需的全部序列”，他们说是1979年完成的。1979年2月16日的《科学》论文描述了这项工作：一个126个核苷酸的DNA，对应大肠杆菌酪氨酸抑制型tRNA的前体，加上控制序列后总长，摘要给出的是207个碱基对，传记给出的是208个。据摘要，这个基因在试管中被转录，并在活细胞中显示出抑制终止信号的活性。麻省理工学院的讣告和威斯康星大学把第一个在活细胞中完全工作的基因定在1976年，传记还指出，1976年《生物化学杂志》的一期上有连续十二篇论文，早于1979年的总结。

1970年麻省理工学院聘了他，他在那里担任阿尔弗雷德·P·斯隆生物学和化学讲席教授，直到2007年退休。夏普和拉杰班达里认为，基因工作是1970年代中期重组DNA方法的基础之一。他们还指出他威斯康星小组1970年的一篇论文，描述了一个循环：加热DNA双链，加入引物和聚合酶，反复进行，他们说事后看来，这似乎非常接近凯利·穆利斯（Kary Mullis）及其同事1985年描述的聚合酶链式反应。

视紫红质，以及感光蛋白质的基因

据印度科学门户网站，从1970年代中期起，霍拉纳转向膜蛋白，先是用光泵送质子的细菌视紫红质，然后是视网膜的感光蛋白视紫红质。传记说他证明了细菌视紫红质可以完全展开，再折叠回有活性的形态，这使研究者能检验单个氨基酸改变的效果。传记称视紫红质是G蛋白偶联受体的原型，这一家族在人类中约有750个基因。

造基因的本领延续了下来。随后有这样的报告：1986年2月发表在《美国国家科学院院刊》的牛视紫红质合成基因，1,057个碱基对，由72个化学片段接成；1987年7月发表在《生物化学杂志》的细菌视蛋白基因，757个碱基对，细菌视蛋白是细菌视紫红质的蛋白质部分。两者的设计都带有间隔均匀的限制性酶切位点，在这些位置可以换掉一小段，做出选定的突变。

荣誉，以及一个带着他名字的项目

诺贝尔基金会的提名档案列出1963至1974年间对霍拉纳的15次提名，全部在化学领域，而他获奖是在医学领域。麻省理工学院的讣告列出的荣誉有：均在1968年的路易莎·格罗斯·霍维茨奖（Louisa Gross Horwitz Prize）和拉斯克基础医学研究奖，1974年的威拉德·吉布斯奖章（Willard Gibbs Medal），1980年的加德纳奖（Gairdner），以及1987年的保罗·凯泽奖（Paul Kayser）。据传记，他1966年当选美国国家科学院院士。关于另一项始于印度实验室的科学诺贝尔奖，见C·V·拉曼和以他命名的效应。

麻省理工学院报道，霍拉纳2011年11月9日在马萨诸塞州康科德自然去世，享年89岁。他的同事拉杰班达里对麻省理工学院说，“他那样出色，却是我认识的最谦逊的人之一”。

据威斯康星大学农业与生命科学学院报道，霍拉纳项目（Khorana Program）由阿西姆·安萨里（Aseem Ansari）和肯尼思·夏皮罗（Kenneth Shapiro）2007年在威斯康星大学麦迪逊分校设立，用于在选定的印度院校和威斯康星之间交换学生。2008年夏天，它安排14名印度本科生到威斯康星的实验室待十周：十人来自五所印度理工学院，两人来自阿利格尔穆斯林大学，一人来自贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学，一人来自旁遮普农业大学，这是项目自己的更新所说。印美科学技术论坛的页面说，它与印度生物技术部和WINStep Forward合作开展，实习为期10至12周，包括机票、津贴和医疗保险。