冷泉港實驗室

冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory，縮寫CSHL），又譯為科爾德斯普林實驗室，是享譽全球的非營利性私人科學研究與教育中心，位於美國紐約州長島上的冷泉港。

冷泉港實驗室的主要研究領域包括癌症、神經生物學、植物遺傳學、基因組學以及生物資訊學，主要成就為分子生物學領域，一共誕生了8位諾貝爾獎得主。如今，約有600位研究人員在冷泉港實驗室從事科研工作。除科學研究外，冷泉港實驗室還領導了生命科學領域的多種教育計劃。冷泉港實驗室被譽為世界生命科學聖地、「分子生物學搖籃」，名列世界影響最大的十大研究學院榜首。

## 歷史

1889年，布魯克林藝術與科學學會創建了冷泉港生物實驗室，其主要任務是培訓大學生物教師，該研究所最早的建築來自於冷泉港捕鯨公司。1890年7月7日，冷泉港實驗室開始正式教授通用生物學。至此，它開始了自己作為教學機構的生涯。1898年，生物學家查爾斯·達文波特（Charles Davenport）被任命為冷泉港實驗室的主任，達文波特上任後便向華盛頓的卡內基基金會申請資金展開進化論方面的研究，更準確的說是繼續孟德爾30多年前的實驗。1904年6月，冷泉港實驗室的荷蘭生物學家雨果·德弗里斯主持了重現孟德爾實驗的計劃。

1924年雷金納德·哈里斯（Reginald Harris）成為新任實驗室主任，他在任內開展了定量生物學的研究並創辦了冷泉港定量生物學研討會，這一每年定期展開的研討會吸引了世界各地許多分子生物學家。1941年研究員米洛斯拉夫·德米雷克（Milislav Demerec）升職為實驗室主任，在其鼓勵下實驗室開展了利用微生物和噬菌體研究遺傳特性的研究。正是在這段時期內，日後的諾貝爾生理學或醫學獎得主馬克斯·德爾布呂克與薩爾瓦多·盧瑞亞展開了一些噬菌體研究並開設了相關課程。1952年阿弗雷德·赫希與瑪莎·蔡斯在冷泉港開展了著名的赫希-蔡斯實驗，這一重要實驗證實了細胞內起遺傳物質作用的是DNA而非蛋白質，赫希也因此獲得了1969年的諾貝爾生理學或醫學獎。

1942年，德米雷克聘用了女生物學家巴巴拉·麥克林托克，後者已經在分子生物學領域取得諸多成果，只是因其女性身份而未能得到公平待遇。在冷泉港實驗室期間，巴巴拉通過研究玉米的遺傳性狀而發現了基因轉座子，因而打破了一個基因只能表現一個性狀的固有觀念。但這一研究並未得到重視，直到70年代中更深入的研究才證明了巴巴拉當年所作出的假設是正確的，她也因此獨享了1983年的諾貝爾生理學或醫學獎。

繼德米雷克之後，約翰·凱恩斯擔任過幾年的實驗室主任，不過約翰在1968年轉向研究領域後便卸去了主任一職。接替他的是大名鼎鼎的DNA結構發現者，1962年諾貝爾生理學或醫學獎得主詹姆斯·沃森。沃森成為主任後將研究方向轉至癌症領域。70年代早期，理察·羅伯茨與菲利普·夏普的團隊發現了斷裂基因，這一發現使得羅伯茨和夏普獲得了1993年的諾貝爾生理學或醫學獎。80年代末期和90年代，冷泉港研究員（CSHL Fellow）卡羅爾·格雷德的研究發現了端粒酶，並且揭示了染色體末端複製的機理，格雷德於2009年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。80與90年代中實驗室又開展了植物和神經系統方面的研究。1994年布魯斯·斯蒂爾曼（Bruce Stillman）成為新的實驗室主任，沃森擔任總裁。1998年成立了沃森生物科學學院，進一步強化了實驗室在教育方面的力量，該學院於2003年頒發了冷泉港實驗室的第一個博士學位。

冷泉港實驗室現任華人課題組組長（Principal Investigator），包括神經生物學家黃佐石（Z. Josh Huang），研究方向集中於大腦皮層神經迴路的發育和組織，使用集成方法識別神經元細胞類型，發現神經元相互作用處理資訊並指導行為的機理，其對枝狀吊燈細胞等抑制性神經元的研究對理解精神分裂症和自閉症具有重要意義；神經生物學家李博（Bo Li），研究方向集中於神經迴路與行為之間的聯繫，包括獎勵過程，注意力，學習和記憶的突觸和迴路機制，其對神經迴路的研究對理解焦慮抑鬱，精神分裂症和自閉症有關的認知功能和功能障礙有重要意義；細胞生物學家張凌波（Lingbo Zhang），研究方向集中於造血系統的核心問題，即造血幹細胞和祖細胞群體中自我更新和分化的平衡調控，利用功能基因組學方法鑑定新型的自我更新調節劑，旨在為造血系統疾病和惡性腫瘤開發新的治療策略。

冷泉港研究員（CSHL Fellow）是美國最成功和競爭最激烈的獨立研究教職，冷泉港研究員校友包括2006年拉斯克獎得主，2009年諾貝爾生理學或醫學獎得主，美國國家科學院院士，美國國家醫學院院士，美國藝術與科學院院士，美國約翰霍普金斯大學教授，分子生物學和遺傳學部主任Carol W. Greider；2019年生命科學突破獎得主，2021年沃爾夫醫學獎得主，美國國家科學院院士，美國國家醫學院院士，美國藝術與科學院院士，美國冷泉港實驗室教授，美國國家癌症研究所指定癌症研究中心執行主任Adrian R. Krainer；美國國家科學院院士，美國國家醫學院院士，美國藝術與科學院院士，美國霍華德休斯醫學研究所研究員，美國紀念斯隆-凱特琳癌症中心教授，癌症和遺傳學部主任Scott W. Lowe；英國皇家學會院士，英國劍橋大學教授David Barfold；華人細胞生物學家，美國冷泉港實驗室教授，美國國家癌症研究所指定癌症研究中心成員張凌波（Lingbo Zhang）。

2015年，冷泉港實驗室的運營預算為$1.5億美元，其中超過$1億美元用於研究。一半的研究預算用於癌症； 25% 用於神經科學； 15% 用於基因組學和定量生物學； 10% 用於植物科學。2015 年的研究經費來源為： 34% 聯邦（主要是美國國家衛生院和國家科學基金會）； 26% 的輔助活動； 22% 的私人慈善事業； 10%的捐贈； 3% 企業。

## 研究項目

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冷泉港實驗室52個實驗室的研究人員超過600人，其中包括博士後研究人員；另有125名研究生和500名行政和支持人員使員工總數超過1,200人。

### 細胞生物學和基因組學

RNA干擾 (RNAi) 和小RNA生物學； DNA複製; RNA剪接；信號轉導; 基因組結構；非編碼RNA；深度測序；單細胞測序和分析；幹細胞自我更新和分化；染色質動力學；結構生物學；先進蛋白質組學；質譜法; 先進的顯微鏡。

### 癌症研究

研究中的主要癌症類型：乳腺癌、前列腺癌、血液癌（白血病、淋巴瘤）；骨髓增生異常綜合症; 黑色素瘤; 肝; 卵巢和宮頸; 肺; 腦; 胰腺。研究方向：耐藥性；癌症基因組學；腫瘤微環境；癌症代謝；哺乳動物細胞的生長控制；轉錄和轉錄後基因調控。

### 神經科學

斯坦利認知基因組學研究所採用深度測序和其他工具來研究精神分裂症、雙相情感障礙和重度抑鬱症的遺傳學。斯沃茨神經認知機制中心研究正常大腦中的認知，以此作為理解精神疾病和神經退行性疾病功能障礙的基線。其他研究方向：自閉症遺傳學；哺乳動物大腦的映射；決策的神經關聯。

### 植物生物學

植物基因組測序；表觀遺傳學和幹細胞命運；幹細胞信號；植物與環境的相互作用；利用遺傳洞察力提高主要作物的產量，例如玉米、水稻、小麥；增加開花植物的果實產量，例如番茄。其他舉措：用於生物燃料開發的水生植物遺傳學；在建設國家科學基金會的 iPlant網路基礎設施方面發揮主導作用。大部分工作都在附近 CSHL Uplands Farm 的 12 英畝農田上進行，專家工作人員在那裡種植農作物和擬南芥植物進行研究。

### 西蒙斯定量生物學中心

基因組組裝和驗證；數學建模和算法開發；群體遺傳學；應用統計和機器學習；生物醫學文本挖掘；計算基因組學；雲計算和大數據。

### 新冠肺炎（COVID-19）

冷泉港實驗室 (CSHL)、猶他健康大學、PEEL Therapeutics、和威爾康奈爾醫學院(Weill Cornell Medicine)的科學家們致力於研究中性粒細胞胞外陷阱在 2019冠狀病毒病(COVID-19)中的可能功能，收集了33名住院患者的血液樣本以及屍檢組織。中性粒細胞胞外陷阱 (NET) 是一種保護形式，免疫系統利用它來對抗某些病原體。

## 教育

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除了其研究使命外，冷泉港實驗室還承擔著廣泛的教育使命。冷泉港實驗室成立之初就以生物學教育為目標，時至今日它依然保持著這一傳統。上至培養博士研究生的沃森生物科學學院、大學生研究項目，下至面向中學生的未來合作夥伴項目乃至為小學生設計的「自然研究」夏令營，以及為理科教師和其他研究人員準備的多蘭DNA學習中心。冷泉港的教育機構非常系統而全面。實驗室還在世界各地設有多處會議中心，每年舉辦約20場會議吸引眾多科學工作者進行交流。

生物科學學院（SBS）成立於1998年，授予博士學位。學位並全額資助每個學生的研究計劃。學生挑戰在4-5年內獲得博士學位。面向資優大學生的本科生研究計劃（URP）（成立於 1959 年）和面向高年級學生的未來合作夥伴計劃（成立於1990年）現在都在生物科學學院舉辦。

冷泉港實驗室會議和課程計劃每年將來自世界各地的 8,500 多名科學家帶到冷泉港，在 60 次會議中分享研究成果（大部分未發表），大多數會議每半年舉行一次；並通過30到35門專業課程學習新技術，大部分課程每年開設一次。冷泉港研討會系列自1933年以來每年舉行一次，但第二次世界大戰期間有三年除外，它一直是遺傳學、基因組學、神經科學和植物生物學研究人員的論壇。在班伯里中心(Banbury Center)，每年為數量有限的受邀參與者舉辦大約25-30場討論式會議。截至 2016 年，冷泉港實驗室為期兩周的課程每位學生的費用在$3,700至$4,700美元之間，而為期三天的會議每位參加者的費用約為$1,000美元。

DNA學習中心 (DNALC) 成立於1988年，是為初中和高中學生開發遺傳學實驗室實踐經驗的早期先驅。2013 年，長島和紐約市的31,000名學生在紐約的 DNALC 和衛星設施學習遺傳學實驗室。超過 9,000 名高中生物教師參加了DNALC教師培訓計劃。

除了進行科學研究外，1933年成立的冷泉港實驗室出版社建立了一個由7種期刊、190本書籍、實驗室手冊和協議以及研究預印本在線服務組成的計劃，並定期出版5種生物學領域的刊物以及其他一些生物學方面的手冊、書籍。

## 雙螺旋勳章

每年，冷泉港實驗室都會向對人類健康產生積極影響的個人頒發雙螺旋獎章，無論是通過提高對生物醫學研究的認識和資金，還是對生物和生物醫學研究做出重大貢獻。

## 外部連結

- Cold Spring Harbor Laboratory
- Dolan DNA Learning Center
- Eugenics Archive
- CSHL URP site
- Watson School of Biological Sciences
- CSHL Meetings and Courses site
- Banbury Center site
- Cold Spring Harbor Laboratory Press

## 基本資料

- 原文名：Cold Spring Harbor Laboratory
- 成立：1890年
- 校長：布魯斯·斯蒂爾曼
- 員工：約1,200人
- 預算：約1.5億美元
- 地理位置：邦鎮路1號（1 Bungtown Road
- 城市：勞雷爾霍洛
- 國家：美國
- 日語原文：冷泉港歷史地區
- 英文名：Cold Spring Harbor Laboratory Historic District
- 坐標：yes
- nrhp_type：hd
- nocat：yes
- 位置：紐約州勞雷爾霍洛25A號紐約州州道與邦鎮路交界處
- 座標：40°N 51°W
- 諺文：New York#USA
- mapframe：yes
- 建築師：多人
- 建築風格：多種
- 列入國家史跡名錄：1994年3月30日
- 面積：110acre
- 國家史跡名錄編號：94000198