点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【诺奖中的“基因”】“活泼好动”的基因可以变得“沉默寡言”吗?
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

【诺奖中的“基因”】“活泼好动”的基因可以变得“沉默寡言”吗?

来源:光明网2020-08-28 09:37

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  【诺奖中的“基因”】

  “基因”一词最早由丹麦遗传学家约翰逊于1909年正式提出,在此之前被称为遗传因子。基因的基本概念是指控制生物性状的基本单位,也就是携带有遗传信息的DNA(脱氧核糖核酸)片段(部分病毒中为RNA片段)。

  每种生物个体都携带有大量的基因,但在个体生长发育的不同阶段,并不是所有的基因都会同时表达,而是根据机体需要调控部分相关基因进行表达。一些基因会因外界因素影响而发生变异,绝大多数可能会产生疾病,危害生命体健康,有的甚至会遗传给下一代。例如,英国女王维多利亚的家族中,在她以前没有发现过血友病的病人,但是她的一个儿子患了血友病,之后在她的外孙中又出现了此病。显然,这就是由于与血友病有关的基因发生了变异,并传给了后代。此外,基因不正常表达还可能造成死胎、自然流产和出生后夭折等。

  那么,面对基因变异或不正常的表达,我们是否只能任其发展而束手无策?答案是否定的。

  随着科学技术的发展,科学家发现存在RNA(核糖核酸)干扰现象,即可以人为地将特异性同源双链RNA导入细胞,使目的基因发生沉默;换句话说,人类可以操纵特定基因使其不表达或表达水平下降,这为人类的生存和健康带来了福音。

  为了表彰在RNA干扰机制研究方面做出的突出贡献,2006年的诺贝尔生理学或医学奖授予了发现RNA干扰现象的两名美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛。此前,RNA干扰机制研究被《科学》杂志评为2001年的十大科学进展之一,并名列2002年十大科技成就之首;2003年,《自然》杂志将小分子RNA干扰的发现评为年度重大科技成果之一。

  得知获奖时怀疑自己在做梦?

  安德鲁·法尔(Andrew Z. Fire),1959年生,1983年获麻省理工学院生物学博士学位,现任斯坦福医学院病理学和遗传学教授;主要从事遗传学和病理学研究。

  克雷格·梅洛(Craig C. Mello),1960年生,1990年获哈佛大学生物学博士学位,现任马萨诸塞州大学医学院分子医学教授、RNA治疗研究所联合主任;主要从事基因工程方面的研究。

  当诺贝尔奖组委会告知自己获奖时,两位诺贝尔奖得主都大呼“没想到”。

  法尔说道:“诺奖委员会半夜打来的电话使我感到很惊讶(怀疑自己在做梦),对自己的研究成果获得认可感到极为高兴。”不过,他表示:“获奖后不想有什么改变,我的人生追求仍很简单,那就是研究、科学、教学和家庭。”此外,他也坦诚和感谢到:“我与梅洛合作所获的成果,是建立在前人的基础上的,因此荣誉也属于他们。”

  与法尔的反应不同,梅洛以另一种方式表达了相同的感受:“我有一种模糊的感觉,获诺奖这件事可能会发生,但觉得不应该是现在,故而得知获奖时也非常惊喜。”他在采访中强调:“这个项目如同我们自身一样都还很年轻,项目也未引起政府的重视,但是前景应该很好,因此政府也应该给予高度重视。”

【诺奖中的“基因”】“活泼好动”的基因可以变得“沉默寡言”吗?

发现RNA干扰现象的克雷格·梅洛(左)和安德鲁·法尔(右)

  RNA干扰现象的发现是偶然吗?

  重大科学现象的发现并不是一蹴而就的,一般离不开前期基础知识的累积和铺垫,以及多位科学家的辛勤付出。在RNA干扰的发现和发展历程中,同样存在一些曲折且有趣的故事。尽管最终由法尔和梅洛证实并提出RNA干扰现象,并斩获至高荣誉,但我们亦不能遗忘此前为此奋斗甚至奉献一生的科学家们。

  早在1984年,Izomt等在研究小鼠L细胞时就发现反义信使RNA会干扰与之同源的基因表达,但具体机制当时无法弄清。

  1990年,Jorgensen等将紫色素合成基因插入矮牵牛花中,希望能使花朵的颜色变得更深,结果事与愿违,不仅插入的基因没有表达,而且自身的色素合成基因也受到某种程度的抑制,得到了白色花朵的矮牵牛花。

  1992年,Romano和Macino在粗糙链孢霉的研究中,发现导入外源基因可以抑制具有同源序列的内源基因的表达。

  1995年,Guo等用反义RNA技术阻断线虫中par-1基因的表达时,意外地发现正义和反义RNA都能抑制基因的表达,但遗憾的是当时无法解释这一现象。

【诺奖中的“基因”】“活泼好动”的基因可以变得“沉默寡言”吗?

正义和反义RNA均能有效并特异性地抑制线虫基因的表达

  1998年,法尔和梅洛通过将体外转录得到的单链RNA和双链RNA分别纯化后注入线虫体内,发现双链RNA能够比单链RNA更高效的特异性阻断相应基因的表达,于是他们称这种现象为RNA干扰。该研究首次证明此过程属转录后的“基因沉默”,并证明了小干扰RNA分子是某些基因抑制现象的“幕后使者”,相关成果在《自然》杂志上发表。

  随后,2001年,Elbashir等率先用小分子RNA在培养的哺乳动物细胞中诱导特异性基因沉默,从而开始了RNA干扰技术在哺乳动物细胞中的研究应用。2002年,Brummelkamp等首次成功构建了小发夹RNA表达载体,并发现该载体可特异、有效地降低目的基因表达。2004年,Morris等用RNA干扰技术实现了对人体中基因的抑制作用。

  RNA干扰有何意义及应用价值?

  在生物界中,无论是动植物、人类都存在RNA干扰现象,这对于调控基因表达、参与病毒感染的防护、控制活跃基因等具有重要意义。

  目前,RNA干扰技术在医学领域中发挥着重要作用:基因功能研究,基因治疗,外科整形,病毒性疾病、遗传疾病、肿瘤病的治疗等。例如,由于RNA干扰技术可以利用小分子RNA快速、经济、简便的以序列特异方式抑制目的基因的表达,所以已经成为探索基因功能的重要研究手段。此外,利用RNA干扰技术进行高通量筛选,对阐明信号转导通路、发现新的药物作用靶点有重要意义。在治疗HIV-1、SARS等病毒性感染性疾病时,小分子RNA在感染的早期阶段能有效地抑制病毒的复制,阻断病毒基因和相关宿主基因表达。在白血病等遗传病的治疗方面,可以通过RNA干扰技术控制致病基因的表达,进而起到治疗的效果。在肿瘤病治疗中同样也能发挥一定的作用,如Maen等应用RNA干扰技术成功地阻断了MCF7乳腺癌细胞中一种异常表达的与细胞增殖分化相关的基因Sp1的功能。

  总之,科学家认为,RNA干扰技术不仅是研究基因功能的一种强大工具,同时这种技术将来也许能直接从“根”上让致病基因“沉默”,以治疗艾滋病、心血管疾病、肿瘤、癌症等困扰人类的难题。

  瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔生理学或医学奖评审委员会主席约兰·汉松介绍说:“RNA干扰机制开创了一个研究新领域,有望让动植物和人体的特定基因受到抑制或进入休眠状态,遏制有害病毒和基因变异的影响。简言之,就人体而言,RNA干扰或许有助于消除有害基因的作用,为艾滋病、癌症以及其他一些病症的治疗开辟新途径。”不过,他也指出,“RNA干扰手段是否能对艾滋病病毒有效,现在下结论还为时过早”。诺贝尔奖评委之一埃尔娜·默勒指出:“RNA干扰迄今已对制药业和生物技术工业产生巨大影响,例如,至少有一家美国制药企业眼下完全是依据这一原理生产药品。”此外,中国科学院生物物理研究所蛋白质工程实验室主任、国际人类基因组组织委员陈润生研究员评价说:“RNA干扰的重大发现,为人类对生命的研究开辟了一个非常广阔的领域。有些科学家认为,这一研究成果好像宇宙学中的暗能量,是生物研究的一个全新世界。因此,法尔和梅洛获得诺贝尔奖是名副其实的。”(本文图片来自网络)

  出品:科普中国

  作者:杨锡福(中国科学院动物研究所助理研究员)

  监制:中国农学会 光明网科普事业部

【诺奖中的“基因”】“活泼好动”的基因可以变得“沉默寡言”吗?

[ 责编:赵清建 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 我国加快绘就高水平科技自立自强新图景

  • 新春走基层|雪山密林间的家国守护

独家策划

推荐阅读
蓝天、绿林、碧水、清波……冬日的广东东莞松山湖科学城,温暖、惬意。
2026-02-09 10:00
这声呼唤,穿越漫长岁月,凝结着人类对这位地球近邻永恒的好奇与梦想。而今,随着新一轮探月热潮在全球兴起,这句“去月球”已不再仅仅是浪漫的诗意表达,更成为科技前沿竞相追逐、国家实力与创新精神交汇的生动实践。
2026-02-09 09:57
特种机器人技术与数智系统创新团队成员张平点击一键启动指令后,雷达驱动、定位算法、规划与控制算法等模块被加载。在系统支持下,无人机能够精准定位、自主导航与实时避障,像一位不知疲倦的巡检员。
2026-02-09 09:53
深耕西南高原山区二十余载,于富强与真菌为伴,在种质资源保护与产业富民之间架起桥梁,把论文写进泥土中,把科研做进农户的大棚里。3年间,于富强往返昆明与水城数十趟,硬是帮着水城从零起步,建成了食用菌研究所、日产50万袋的菌种厂和鲜菇冷链物流集散中心。
2026-02-09 09:53
研究团队将这一环境效应与黑洞双星轨道偏心率的演化同时纳入统一模型,并将理论预测与北美纳赫兹引力波天文台合作组15年的观测数据进行对比分析。陈一帆表示,尽管当前的不确定性仍然较大,但该研究已经表明,引力波观测开始携带关于星系中心环境的可测信息。
2026-02-09 09:53
近日,国家管网集团西部管道公司成功完成所辖新疆段天然气、原油、成品油管道输送全生命周期碳足迹核算,获得中国质量认证中心颁发的“产品碳足迹证书”。
2026-02-06 09:18
近日,中国农业科学院蔬菜花卉研究所蔬菜分子设计育种创新团队研发出新型植物基因研究工具——对目标DNA序列的邻近空间蛋白标记系统。
2026-02-06 09:38
因为像了解自己的孩子一样了解黑土地,韩晓增有个外号——“黑土地的营养搭配师”。他带领团队精心配制出一套营养搭配的“秘方”。
2026-02-06 09:33
蚊种与病毒之间存在高度匹配关系。1901年,公共卫生与热带医学领域先驱沃尔特·里德证明,蚊子是传播黄热病的元凶。科学界传统观点认为,病毒以颗粒形式在蚊子体内传播,却始终不知道真正的“病毒受体”是什么。
2026-02-06 09:31
科技创新和产业创新的深度融合,不仅是构建现代化产业体系的战略举措,更是贯彻新发展理念、推动高质量发展、加快构建新发展格局的重要抓手。
2026-02-06 09:13
2025年我国人均粮食占有量达到508.9公斤,远超国际公认的400公斤的安全线,粮食等重要农产品供给丰富、市场平稳、储备充足。
2026-02-05 10:15
一代代南来北往的科研“候鸟”安心在三亚当起了“留鸟”,南繁热土上,他们用坚守加速农业科研进程,守护着国家粮食安全的希望。
2026-02-05 10:06
工业和信息化部等八部门近日联合印发《汽车数据出境安全指引(2026版)》,推动建立高效便利安全的汽车数据跨境流动机制,提升汽车数据出境便利化水平。
2026-02-05 10:03
月球表面的年龄是揭示其演化奥秘的基础。对于月球上未采样的区域,科学家主要依靠统计撞击坑的密度来估算年龄:区域越古老,撞击坑通常越密集。
2026-02-06 09:14
近日,内蒙古大学化学化工学院刘健教授、王艳琴副教授团队在节能制绿氢联产高附加值化学品领域取得重大突破,在《自然》子刊发表研究成果。
2026-02-05 10:01
近日,四川达州宣汉县深层海相钾盐资源分采分运攻关实验配套装置顺利完成试车,成功提取出高纯度氯化钾产品。
2026-02-05 10:01
我国互联网事业的蓬勃发展,既为“十四五”收官交出了亮眼答卷,也为“十五五”布局奠定了坚实基础。
2026-02-05 10:12
L5点位于地球的“后方”,位于该点的人造探测器无需消耗太多燃料就可以稳定长期驻留,因此“羲和二号”的设计寿命将长达7年。
2026-02-04 09:13
《月令七十二候集解》记载:“立,建始也”,“立”即“开始”之意。那么,立春的“立”,意味着怎样的开始?
2026-02-04 09:34
寒冬腊月,新春的氛围已在市井烟火中渐渐浓厚。进入寒假的第7天,在位于青岛的山东科技大学土木工程与建筑学院办公室里,教授李为腾和研究生杨光辉正在讨论工作。
2026-02-04 09:27
加载更多