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【诺奖中的“基因”】基因“断了”,还有用吗?

来源:光明网2020-08-31 09:43

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  20世纪70年代以前,全世界都认为生物的遗传物质——基因,是连续的排列在双链DNA上的。美国科学家菲利普·艾伦·夏普和理查德·约翰·罗伯茨的研究改写了教科书,彻底改变了这种观点。他们的研究发现,基因在DNA上的排列是不连续的,是“断裂”的,中间被“内含子”隔开。这一发现对分子生物学研究以及生物进化论的进一步完善具有重大的意义。两位科学家共享了1993年的诺贝尔生理学或医学奖,那么,在这背后又有哪些鲜为人知的故事呢?

  出乎意料

  1989年,在得知托马斯·罗伯特·切赫(发现RNA不仅具有携带遗传信息的功能,而且还具有催化功能)获得了该年的诺贝尔化学奖之后,菲利普·艾伦·夏普以为他的研究再也不可能得到诺贝尔奖了。他因此郁闷了很久。夏普如此考虑也并非完全没有道理,他和托马斯是冷泉港实验室的同事,两人因为相近的研究,曾经一起获得过不少奖项,包括1988年,二人共享了美国版诺贝尔奖——Lasker奖。

【诺奖中的“基因”】基因“断了”,还有用吗?

菲利普·艾伦·夏普

  直到1993年的哥伦布日的到来,在马萨诸塞州当地,哥伦布日是当地最为重要的节假日之一,菲利普原本打算睡个懒觉再去工作。清晨6点,“叮铃铃,叮铃铃”,他家的电话铃声将他吵醒。迷糊中的他突然清醒,热血涌上心头,他带着激动的心情接听了电话。果然,电话来自瑞士,工作人员告诉他好消息,“菲利普先生,恭喜您,您获选今年的诺贝尔生理学或医学奖”。在接受采访时,他笑称“对方还问我是否有理查德·约翰·罗伯茨(和他共享当年诺贝尔奖的科学家)的联系方式,但是我当时已经被喜悦冲昏了头脑,完全不能思考了,所以我当时给我的同事打电话,让他们帮我找到理查德的联系电话,那一天简直是我人生中最幸福,也是最忙碌的一天”。的确,随后一整天的时间里他都在忙于开新闻发布会,回答记者的问题,以及拍照。

  诺奖之路

  1944年,菲利普出生于肯塔基州的农村,因为在农场长大,所以他对生物尤其感兴趣,从小学开始他就痴迷于生物和数学。虽然这个家庭并不富裕,但是菲利普的父母非常支持勤奋好学的他进入大学继续深造,他们通过养牛和种烟草攒够了他上大学的学费。

  因为种种原因,菲利普只被全美排名100以后的联合学院录取,但并没有影响他对生命科学的追求。他主修了化学与数学,随后在伊利诺伊大学进行研究生的学习,研究DNA的结构。然而,这种偏向物理化学的研究并不是菲利普感兴趣的方向。1966年,22岁的他慕名来到了冷泉港实验室,他积极参加各种论坛,从中找灵感,终于,一次激烈的讨论后,他意识到自己最感兴趣的研究方向是“分子生物学和遗传学”。随后,他加入了诺贝尔奖得主詹姆斯·杜威·沃森(获得1962年诺贝尔生理学或医学奖)的实验室开展博士后工作,研究病毒的基因组。在这里,年轻的菲利普学习储备了很多前沿的知识,为将来的突破性的科学研究打下了良好的基础。

  1971年,菲利普被麻省理工的癌症研究中心(现名柯克综合癌症研究所)聘用,独立开展研究。也正是在这里,他的工作获得了诺贝尔奖:1977年,一次实验过程中,他和同事偶然发现,病毒细胞的细胞质中并不存在长的RNA。菲利普敏锐地抓住了这一现象,并大胆的推测可能长链RNA被加工成短的RNA了。随后,他利用最新的实验技术开始钻研求证,证明了原核生物细胞内的基因是不连续的,并且上述现象不仅局限在病毒和细菌当中,而是广泛存在于包括人类在内的高等生物体内。他们发现DNA上的基因是“断裂”的,中间包含“内含子”,随后,这项工作获得了1993年的诺贝尔生理学或医学奖。

  “断裂基因”的发现不仅改变了教科书、加深了人类对进化的理解,它对有关遗传病和癌症的研究也具有很重要的意义。由于“断裂基因”含有内含子,生物可以通过不同的剪接方式来调节基因的表达,产生不同的蛋白质,以适应不同环境的需要。一旦上述剪接过程发生故障,就会出现癌症或者遗传病。著名的“地中海贫血病”就是内含子与外显子接合区发生了突变,导致正常的剪接机制发生故障而发生的疾病。此外,菲利普的研究也为癌病毒导致原癌基因活化提供了理想的模型。

  不安分的菲利普

  虽然菲利普是一位科学家,但他的内心有更多的“渴望”,他希望能够将自己的研究应用于医疗,造福人类。1978年,在麻省理工癌症研究中心站稳脚跟以后,他就和朋友建立了Biogen生物技术公司。随后,2002年他又参与组建了奥尼兰姆制药公司。2006年,参与组建了Magen生物科学公司。

  当有人问他为什么如此热衷于科学技术转化时,他回答说,他一直以来都非常关注癌症患者的需求,在与这些患者进行深入交流和了解后,他意识到患者有非常迫切的需求将最新的科技应用于自身的治疗。他补充道:作为一名优秀的科学工作者,需要保持敏锐的嗅觉,发现患者的需求,并且通过科学研究来解决背后的科学难题。

  除了积极投身于科学技术的转化,菲利普利用自己和美国娱乐产业基金会(Entertainment Industry Foundation)的关系,发起“直面癌症”倡议,组建“梦想团队”,将来自不同部门的临床医生和基础研究科学家聚在一起,开展讨论。如果有些医生或者科学家不愿意开展合作研究,他会“强迫”他们进行合作。2014年,在菲利普的提议下,基金会设立了“菲利普创新奖”,奖励参与合作的科学家们。同时,菲利普自己出资在他毕业的高中设立奖学金,奖励优秀的高中生,并且承担他们4年的大学学费。

  菲利普·艾伦·夏普就是这么一个“不安分”的科学家,他的开拓创新、坚持不懈、知恩图报的精神值得全世界科研工作者的学习。

  出品:科普中国

  作者:徐乐天(湖北大学生命科学学院副教授)

  监制:中国农学会 光明网科普事业部

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[ 责编:赵清建 ]
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