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  • 诺贝尔官方解读最新生理医学:睡觉和背后的机制
  •   时间 10 月 2 日下午 5 点 30 分,2017 诺贝尔生理或医学评选结果揭晓——诺贝尔委员会宣布,将此项颁发给国遗传学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash),以及迈克尔·杨( Michael W. Young)。

      杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)1945 年 3 月 3 日生于纽约布鲁克林,国遗传学家。于 1971 年获得西雅图大学遗传学博士学位,于 1974 年成为布兰迪斯大学教员。1984 年他和迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)的研究小组克隆了果蝇的 period 基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。他们还出该基因所编码的核糖核酸和蛋白质含量随昼夜节律而变化。

      霍尔于 2001 年被选入国文理科学院,2003 年被选入国国家科学院并获国遗传学会勋章。因为 period 基因方面的杰出贡献,他于 2009 年获格鲁伯神经科学,2011 年获易莎·格罗斯·霍维茨,2012 年获盖尔德纳国际。并于2013 年获得邵逸夫生命科学及医学

      2017 年的诺贝尔生理学或医学得主迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)。

      迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash),1944 年 3 月 7 日生于堪萨斯,国遗传学家。罗斯巴什是布兰代斯大学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员。1984 年他和杰弗里·霍尔的研究小组克隆了果蝇的 period 基因,1990 年提出了生物钟的翻译负反馈回的概念。1998 年,他们在果蝇体内发现了 period 基因、时钟基因。 2003 年当选为国国家科学院院士。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学

      迈克尔·杨(Michael W Young),1949 年生于佛罗里达州迈阿密,国遗传学家、国国家科学院院士。1975 年获得克萨斯大学奥斯汀分校博士学位,1978 年起任洛克菲勒大学教员,后成为该校副校长。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学

      1984 年他的团队克隆出果蝇的 period 基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。杨之后的研究还了更多生物钟相关基因,以及它们产物的运作情况。

      地球上的所有生命都必须适应地球的自转。很多年来,我们一直知道所有的生命体,包括人类在内,都有一个内部的生物钟,来让他们适应昼夜变换,并找到生命的节奏。但这个这种生物钟到底是如何工作的?Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和 Michael W. Young 三人的工作窥探了生物钟的秘密,并解释了其工作原理。他们的研究解释了植物、动物以及人类是如何适应这种生物节律,并同时与地球的自转保持同步。

      今年的诺贝尔生物学获得者们从果蝇身上分离出了一种基因,这种基因用来控制果蝇的日常生物节律。研究者们表示,这种基因可以使得果蝇在白天时对体内的一种蛋白质进行编码,使它们聚集,到晚上则进行降解。随后,研究人员又发现了这种机制的其他蛋白质组分,从而了到底是一种怎样的机制使得细胞内的生物钟持续工作。我们现在认识到,这种细胞内机制同样作用于其他多细胞生物,包括人类本身。

      我们体内的生物钟,在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,例如行为、激素水平、睡眠情况、体温,以及新陈代谢等。当我们所处的外部于我们体内的生物钟出现不匹配的情况时,我们的身体状况就会马上反应出不适,比如乘机穿越数个时区导致的“时差”。此外,还有迹象表明,如果我们的生活方式与生物钟开始出现偏差时,我们换上各种疾病的风险也会随之增加。

      大多数的生物可以预测并适应中的日常变化。18 世纪的时候,法国科学家 Jean-Jacques dOrtous de Mairan 将含羞草置于恒定的下。他发现,含羞草叶片的活动仍能保持 24 小时的波动性变化。植物似乎都有自己的生物钟,那次发现也被认为是生物具有内源生物节律的最早。

      之后,其他研究人员发现,不仅植物有这种“内部时钟”,其他动物包括人类都存在这一现象,而这个“时钟”其实有助于我们为日常的生理机能做好准备。这种规律性的适应被称为“昼夜节律”。但是,人体内部生物钟的工作原理仍然是个谜。

      含羞草的生物钟现象:含羞草叶子会在有日光的白天张开,在没有日光的夜晚合闭。Jean-Jacques dOrtous de Mairan 通过实验,在持续条件下,含羞草叶片开合现象依然保持着如同昼夜周期下同样的节律性。

      早在上世纪七十年代,理工学院的 Seymour Benzer 和他的学生 Ronald Konopka 就开始寻找可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现,有个当时还不知道的基因如果发生突变,就会果蝇的昼夜节律。他们给这个新基因起了个名字:period(周期)。那么,这个基因是如何影响节律的呢?

      今年的诺贝尔得主研究的就是这个问题。1984 年,Jeffrey Hall 和 Michael Robash(当时两人在的布兰迪斯大学)和洛克菲洛大学的 Michael Young 紧密合作,成功地分离出了 period 基因。他们把这个基因编码的蛋白其名为“PER”。他们发现,在晚上 PER 会在果蝇体内积累,到了白天又会被分解。所以 PER 的浓度会循环震荡,周期为 24 小时,和昼夜节律相同。

      接下来,科学家需要研究的一个重大课题,就是 PER 这个蛋白如何保持稳定的震荡周期。Jeffery Hall 和 Michael Rosbash 提出了一个:PER 蛋白可以让 period 基因失去活性。换句话说,PER 和 period 形成了一个反馈的环,PER 可以基因合成自己,这样就形成了一个连续,循环的节律(如下图)。

      period基因反馈条件的简单示意图。在这幅图里,period基因经过了一个完整的24小时周期。当period基因有活性的时候,可以合成period mRNA,后者进入细胞质后开始合成PER蛋白。PER又会进入细胞核,逐渐积累,period的活性。这样就形成了一个性的反馈机制,形成了昼夜节律。

      这个模型非常有趣,但是仍然有几个问题没有解决。PER 蛋白质只有从细胞质进入细胞核,才能 period 基因。Jeffery Hall 和 Robash的研究表明,每当晚上的时候,PER 蛋白会在细胞核里积累,但是它是如何进入细胞核的?1994 年,Michael Young 发现了第二个节律基因:timeless。Timeless 可以编码 TIM蛋白,同样为正常节律所需。Young 做了一个漂亮的实验,发现 TIM 会结合到 PER 上,然后两个蛋白可以一起进入细胞核,并且在那里 period 基因的活性(如下图)。

      以上的研究了细胞蛋白水平为什么会出现震荡,当还有问题。这种震荡的频率周期为什么维持在 24 小时?Michael Young 又发现了一个基因 doubletime,可以编码 DBT 蛋白。DBT 可以延迟 PER 蛋白的积累,这解释了为什么震荡的周期为什么会稳定在 24 小时左右。

      这三位新科诺贝尔得主的研究阐述了生物钟的理论基础。在随后的几年里,其他一些也被发现,进一步解释了生物钟的机理和稳定性。例如,他们三人还发现了其他一些蛋白可以维持period的活性,以及的光如何调节生物钟。

      生物钟在复杂的人体生理中的方方面面都有涉及。我们已经知道所有的多细胞生物,包括人类,都是使用同一个相似的机制来调节生理节奏。生物钟能调节我们大部分的基因,并且最终这个生物钟能使我们的生理情况适应一天中不同时段。

      因为这三位得主极有创意的发现,昼夜节律学已经发展成为一个涉及面广且动态发展的学科领域,并且一定会对人类做出巨大贡献。

      其实,每一位取得诺的科学家,他们的工作并不仅仅是在其专业领域内发光发热,这些研究是过去几十年间生命科学领域的真实发展,这些发展也正在改变我们每一个人的生活,这也是诺贝尔的意义所在。

      在诺贝尔体系中,有一部分是颁布给那些在生理学界或医学界有杰出贡献的科研工作者,这就是诺贝尔生理学或医学。历届获人中不乏改变医学世界的牛人,例如发明青霉素的弗莱明,还有我国杰出科研工作者发现青蒿素的屠呦呦教授。

      第一届诺贝尔生理学或医学的颁布是在 1901 年,现在就让我们来盘点下 1901 年到 2016 年间环绕诺贝尔生理学或医学发生的事情吧。

      从 1901 年开始计算,一共有 106 届诺贝尔生理学或医学被颁发。其中有九年没有颁发相关项:1915、1916、1917、1918、1921、1925、1940、1941 以及 1942年。

      那么为什么这些年都没有颁发诺贝尔生理学或医学呢?在诺贝尔基金会章程上写道:如果在考虑范围内的所有科学发现没有足够的重要性,金将被保存至下一年。如果第二年,仍然不能颁发项,那么金将纳入诺贝尔基金的受限资金中。而在第一次和第二次世界大战中,诺贝尔没有颁发。

      为什么诺可以共享呢?原因就写在诺贝尔基金会章程上:如果两项科学发现都有资格获得诺贝尔,那么诺贝尔的金可以平均分为两等分。如果两位或者两位以上的科学家参与了一项能获的科学发现,那么诺贝尔可以同时颁发给他们。但是,一届诺贝尔不能分给三位以上的获者。

      最年轻的获者:迄今为止,该项最年轻的获者是弗雷德里克·G·班廷(如上图),他和他的助手于 1923 年因成功分离胰岛素而得,获的时候年仅 32 岁。

      最年长的获者:佩顿·劳斯,他发现了病毒在某些癌症中所扮演的角色,因而获得 1966 年的诺贝尔生理学或医学,获的时候已经 87 岁了。

      全部 211 位获者中,只有 12 名是女性。而在这 12 人中,只有巴巴拉·麦克林托克(如下图)是独享诺,其余均和他人分享当年的诺。

      历届诺贝尔生理学或医学的主中,没有人是在死后才获的。从1974 年开始,诺贝尔基金会章程已经明确表示,诺贝尔不能颁布给已经过世的科学工作者,而在宣布获后获人才去世的情况不在其列。

      在 1974 年之前,诺贝尔颁发给已故科学工作者的案例也只有两例:1961 年诺贝尔和平得主(Dag Hammarskjöld)达格·哈马舍尔德以及 1931 年诺贝尔文学得主埃利克·阿克塞尔·卡尔费尔德(Erik AxelKarlfeldt)。

      而在 2011 年诺贝尔生理学或医学的一份官方声明中表示,一位诺贝尔生理学或医学得主拉尔夫·斯坦曼(Ralph Steinman,如上图)在获前三天已经去世。但是,诺贝尔生理学或医学评审委员会还是决定将项颁发给他,因为在卡罗林斯卡研究所召开的诺贝尔大会上,委员会颁布项的时候并不知道斯坦曼教授已经离世。

      卡尔·科里和格蒂·科里夫妇(Gerty Cori and Carl Cori,如上图)因发现糖原的催化原因同时获得1947年的诺贝尔生理学或医学

      梅·布莱特·莫索尔和爱德华·莫索尔夫妇(May-Britt Moser and Edvard I. Moser)因发现构成大脑定位系统的细胞同时获得 2014 年的诺贝尔生理学或医学

      汉斯·冯·奥伊勒-切尔平(Hans von Euler-Chelpin,化学)和乌尔夫·冯·奥伊勒-切尔平(Ulf vonEuler,医学);

      只有一届诺贝尔生理学或医学被获者所在国者强制要求放弃领。二战期间,阿道夫·驳回三位科学家接受诺贝尔的请求,其中就有 1939 年的诺贝尔生理学或医学得主格哈德·多马克(如上图)。

      另外两位科学家分别是 1938 年诺贝尔化学得主理查德·库恩以及 1939 年诺贝尔化学得主阿道夫·布特南特。不过,他们之后还是接收了诺贝尔证书和章,没有金。

      科学研究往往不是一个人的事情,伟大的发现更需要科学家之间无间的合作,就像多名诺贝尔获者之间都保持着长期的合作关系:

      在提名数据库中,你可以发现很多有意思的事情,比如说,奥地利神者西格蒙德·佛洛伊德(1856-1939,如下图),同时也是分析学界的奠基者,曾经先后32次被提名诺贝尔生理学或医学,却从来没有获。

      1929 年,一位专家进入了诺贝尔生理学或医学评审委员会中,他表示佛洛伊德的工作没有进一步研讨的必要,因为他觉得这样的工作没有科学价值。也许佛洛伊德的工作就是这样不被诺贝尔生理学或医学评审委员会所接受。在 1936 年,佛洛伊德甚至被提名诺贝尔文学,提名者是他的相识,诺得主罗曼·罗兰。

      诺贝尔生理学或医学章是由雕塑和雕刻艺术家埃里克·林德伯格设计,图案描绘了一位医学天才正伸出手用碗收集从石缝中流出的水,尝试给怀中罹患疾病的少女解渴的画面。

      诺贝尔生理学或医学证书十分精,可以说每一本证书都是一件艺术品。它们都是由或者挪威最顶尖的艺术家和书法家制作而成。

      阿尔弗雷德·诺贝尔用他大部分的资产——超过3100万克朗(折合现在17亿200万克朗)——成立一个基金会,将基金所产生的利息每年给在前一年中为人类作出杰出贡献的人,以表彰那些对社会做出卓越贡献,或做出杰出研究、发明以及实验的人士。

      单词“Laureate(获者)”本义是戴着桂冠的人。在希腊中,阿波罗就是这样一个戴着桂冠出场的人。桂冠则是由月桂树(拉丁语:Laurusnobilis)的枝条和树叶编织成的圆形王冠。在古希腊,桂冠一般授予体育竞技的胜利者或是文学领域的佼佼者,是荣誉的象征。

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