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【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

来源:光明网2020-09-23 15:15

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  癌症的高发率和高死亡率,让我们在生活中谈“癌”色变。相关研究发现,癌症的源头是一种比细胞、细菌都小的东西——病毒。但在上世纪,病毒与癌症之间的关系并不被科学界认可,那么它是如何一步步成为人类探索癌症起因的焦点的呢?故事还要从一位科学家说起。

  探索癌症起因

  弗朗西斯·佩顿·劳斯(Francis Peyton Rous),1879年出生于美国,是纽约市洛克菲勒研究所的内科医生和病毒学家。年少时,劳斯就对科学显示出浓厚的兴趣,而对生物学的兴趣也使得他在中学毕业后,成功进入美国第一所研究型大学——约翰·霍普金斯大学接受教育。1905年,劳斯获得医学博士学位,并成为该校附属医院一名实习医生。

【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

弗朗西斯·佩顿·劳斯(图片来自网络)

  可工作一段时间后,劳斯才发现自己真正的兴趣是对疾病的研究而不是治疗,于是放弃医院的工作,来到密歇根大学担任病理学讲师,而后又到德国德累斯顿的一家医院学习病理解剖学课程。1909年,劳斯学成回到美国,不久后前往洛克菲勒医学院任职,开始了他的疾病研究生涯。

  任职后不久,一位养鸡人送给了劳斯一只胸部长有肉瘤的鸡,此时的他还不知道,这只病鸡将改变之后一系列有关癌症的研究。劳斯利用这只鸡开展了一系列实验,他发现,无论是把病鸡的肉瘤组织直接植入到其他健康的鸡身上,还是把肉瘤组织碾碎、过滤肿瘤细胞和细菌后再植入,被接种的鸡都长出了肉瘤。劳斯由此在世界上首次提出鸡的肉瘤是由病毒引起的,并进而认为病毒是癌症的起因。

【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

  彼时是1911年,年轻的劳斯天才般的创见没有引起科学界的重视。直到二战之后,电子显微镜的成熟应用使人们对病毒有了更深刻的理解,劳斯的理论才再度进入人们的视野。到20世纪60年代,更多的实验发现使病毒致癌理论被广泛接受。1966年,在做出发现55年后,87岁的劳斯获得了诺贝尔生理学或医学奖,引发鸡肉瘤的病毒也被称为劳斯肉瘤病毒(RSV)。

  劳斯肉瘤病毒是一种逆转录病毒,关于它的一些奇怪机制一直吸引着科学家们。作为RNA病毒,在诱导细胞癌变的过程中,它似乎可以将自己的遗传信息稳定地传递给正常细胞,使它们转化为癌细胞。然而,DNA的发现者之一弗朗西斯·克里克教授很早就提出,遗传信息是由DNA转录到RNA,再由RNA指导蛋白质生成,而不是反过来。这一理论已经成为分子生物学的一个重要法则,即中心法则。那么真相到底是什么呢?

【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

起初的中心法则(图片来自网络)

  半个世纪的科学传奇

  为了解答这一疑问,美国微生物学家大卫·巴尔的摩(David Baltimore)和美国遗传学家霍华德·特明(Howard Temin)通过对劳斯肉瘤病毒机制的研究,分别独立发现了劳斯肉瘤病毒中存在一种能够使遗传信息从RNA拷贝到DNA中的酶。这种酶后来被称为逆转录酶,劳斯肉瘤病毒从此被称为逆转录病毒。后来,人们还发现了一系列逆转录病毒,其中最著名的就是导致艾滋病的HIV病毒。巴尔的摩和特明也因为此项发现而获得了1975年诺贝尔生理学或医学奖。

【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

修改后的中心法则(图片来自网络)

  依托劳斯肉瘤病毒的研究并未结束。美国微生物学家毕晓普(Michael Bishop)和其好友瓦尔缪斯(Harold Elliot Varmus)通过对劳斯肉瘤病毒的进一步研究,提出了“致癌基因”的存在。他们发现,在这个病毒仅有的4个基因中,3个用来实现病毒的复制,而第4个则专职引发癌症并使癌症生长,这一基因被称为SRC。毕晓普认为,SRC不会凭空出现,很可能是由正常的细胞基因突变而来。在漫长的进化过程中,SRC不仅可能存在于鸡身上,还可能在更多动物的体内发现。

  经过艰苦的努力,毕晓普和瓦尔缪斯在进化时间跨度为10亿年的一百多种物种体内都找到了一种“原癌基因”,它们平时是正常的细胞基因,但可以被劫持到逆转录病毒中并转变成致癌基因。也就是说,每个细胞内都有SRC基因。

  由此,毕晓普和瓦尔缪斯创立了逆转录病毒癌基因理论。这一理论告诉人们,细胞癌变的根本原因既不是病毒,也不是其他的致癌因素,而是存在于细胞自身中的原癌基因。当受到物理、化学、病毒等因素的刺激后,原癌基因被激活,就会成为致癌基因。因为这一发现,毕晓普和瓦尔缪斯也获得了1989年诺贝尔生理学或医学奖。

【诺奖中的“基因”】一只鸡引发的癌症起因大探索

原癌基因理论

  至此,由一只病鸡而引发的探索癌症奥秘的征途,已经成为科学传奇,5位科学家先后获得诺贝尔生理学或医学奖。原癌基因的发现也使得人们对不良的生活方式和癌症之间的关系有了更深的理解,即身体的运转离不开遗传物质,而不良的生活方式会导致遗传物质失控,激活原癌基因。

  出品:科普中国

  监制:中国农学会 光明网

  作者:蔡琳

  本文由中国农业科学院生物技术研究所研究员金芜军进行科学性把关

[ 责编:武玥彤 ]
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