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

  • 中美“乒乓外交”55周年纪念大会暨中美青少年体育交流系列活动启动仪式在京举行

  • 长沙举行首届中药农业博览会

独家策划

推荐阅读
我们并不缺成果、人才与产业雄心,真正要补上的,是那批能将成果带过“最后一公里”的人
2026-04-10 14:38
春风送暖,踏青正当时,但接连不断的喷嚏、鼻痒、眼痒等过敏症状,却让不少人的春日心情打了折扣。
2026-04-10 10:30
“四月不减肥,五月徒伤悲。”春暖花开,网上晒运动、轻食的人多了起来。不少人把减重当作迎接春天的第一件事,尤其对很多女性而言,拥有理想身材的第一步就是减重。
2026-04-10 10:28
9日,国家卫生健康委、中央社会工作部、中央政法委等25部门联合印发《健全社会心理服务体系和危机干预机制实施方案》,部署5方面18项主要任务,明确到2030年基本健全覆盖全人群、全生命周期的社会心理服务体系和危机干预机制。
2026-04-10 09:56
新华社北京4月9日电第十四届全国人民代表大会第四次会议通过了《中华人民共和国生态环境法典》,法典单行本已由人民出版社出版,即日起在全国新华书店发行。
2026-04-10 09:56
就说春耕:老把式一手扶犁,一手扬鞭,汗水顺着脊背往下淌……  再看今朝:铁牛代替了水牛,无人机施肥撒药,手机指挥收割浇水,早已不再是新闻。相信随着越来越多的新技术、新方法走进田野,干农业会越来越安逸,农业这碗饭会越来越有嚼头。
2026-04-10 09:56
人工智能时代,我们如何更好就业创业?如何推动人工智能与就业创业深度融合?第四期光明智库民生论坛,我们邀请专家共同探讨人工智能时代的就业创业这一新课题。
2026-04-09 10:28
2026年的智能驾驶行业,正经历一场意味深长的路线分化。
2026-04-09 10:24
在贵州,无人机的身影成为山地农业的新风景,展现出通用航空业赋能山地农业高质量发展的广阔前景。
2026-04-09 10:12
碳排放看不见、摸不着,却关乎每一场国际气候谈判、每一笔碳关税账单。
2026-04-09 10:09
人工智能在延伸人类能力的同时,也深刻改变着就业创业形态和劳动力市场结构。我们既拥抱着技术进步带来的无限可能,也要理性审视挑战、主动适应变革。
2026-04-09 10:08
构建“科研—科普—科创”融合闭环,让科普全程嵌入新质生产力培育链条,方能破解成果转化低效、创新协同不足等突出问题。
2026-04-09 10:02
从实验室到田间地头,辽宁省农科院为科研院所、高校、种业企业等单位提供种质资源共享服务,打通种质资源转化的“最后一公里”,让良种真正走进千家万户。
2026-04-09 09:50
北京大学先进制造与机器人学院刘珂课题组与杨林课题组合作,从折纸艺术中获得灵感,成功实现了无需外部输入的电子器件智能温度控制,相关指标刷新世界纪录。
2026-04-09 09:47
最近,中国海洋大学教授、青岛海洋生物医药研究院首席科学家于广利远赴智利,只为一株南极褐藻。2014年,青岛海洋生物医药研究院正式运行,BG136成为其孵化的第一个海洋新药项目。
2026-04-08 09:51
4月7日,贵州省贵阳市,北京积水潭医院贵州医院医生在指导患者进行脑机接口康复训练。信息多跑路、群众少跑腿的背后,是西青区紧密型医共体数据互通共享,让信息实时对接、问题协同处置。
2026-04-08 09:49
绿色获得感,源自对优美生态最直观的感受,是看得见、摸得着的民生福祉。绿色获得感,源自生态与产业共促,让绿水青山成为富民兴业的金山银山。绿色获得感,源自城乡融合发展,让良好生态空间全民共享。
2026-04-08 09:44
2月5日,自然资源部组织的中国第42次南极考察队在东南极麒麟冰下湖区域,成功完成我国首次南极冰层热水钻探试验,突破国际极地热水钻探2540米的最深纪录,标志着我国具备在90%以上的南极冰盖和全部北极冰盖开展钻探研究的能力。
2026-04-08 09:43
当前,我国已进入中度老龄化阶段,失能、失智、高龄老年人逐年增多,养老服务需求呈现专业化、多样化、个性化特征。
2026-04-08 09:41
黄色的花在春天更早绽放,是植物经历数亿年的自然进化形成的一系列生存策略。
2026-04-07 10:29
加载更多