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”】从1到100亿,揭开抗体多样性奥秘
首页> 科普频道> 三农科普> 基因故事 > 正文

【诺奖中的“基因”】从1到100亿,揭开抗体多样性奥秘

来源:光明网2020-09-23 15:18

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  新冠肺炎疫情期间,“抗原”和“抗体”一度成为人们关注的热点。有无抗原、抗体,是检测是否患新冠肺炎的标准之一;在没有疫苗和特效药的前提下,提取康复患者血浆,利用血清中的大量抗体,对抗病毒,也已成为一种治疗方式。在人类健康史上,从疫苗的早期探索到临床治疗,基于抗体的基础研究和治疗已经显示出巨大作用。

  但在20世纪70年代以前,抗原和抗体的原理一直被视为医学界最大的“谜团”,直到1987年,日本科学家利根川进解开了这个医学界难题,他因发现抗体多样性的遗传学原理而获得1987年诺贝尔生理学或医学奖。

  化学之路

  1939年9月6日,利根川进出生于日本名古屋市,高中阶段他就对化学产生了浓厚兴趣。1963年,从京都大学(University of Kyoto)理学部化学科毕业的他,进入京都大学病毒研究所,跟随渡边格从事分子生物学的研究。

【诺奖中的“基因”】从1到100亿,揭开抗体多样性奥秘

利根川进(图片来自网络)

  在他求学时,机缘巧合下阅读了由法国科学家莫诺(J·L·Monod)与雅可布(F·Jacob)发表的“蛋白质合成中的遗传调节机制”一文中提出的学说——“操纵子学说”,因而对分子生物学产生了浓厚兴趣。

  渡边格在当时是日本少数自美国归国,经过完整分子生物学训练的科学家。渡边格认为,想要学好分子生物,目前日本的环境还不够成熟,建议他去美国深造。同年,利根川进前往加州大学圣迭戈分校(University of California, San Diego)攻读分子生物学研究生。

  1968年,利根川进获得博士学位。次年4月,利根川进进入索尔克研究所的杜尔贝科(Renato Dulbecco,1975年诺贝尔生理学或医学奖获得者)实验室进行研究,在数年的科研中,一方面对他研究的转录调节有了深入的认识,另一方面也掌握了大量的分子生物学技术。

  1971年,利根川进成为瑞士巴塞尔市免疫学研究所(Institute of Immunology in Basel)的分子生物学家,时任所长的是著名免疫学家杰尼(Niels Kaj Jerne,1984年诺贝尔生理学或医学奖获得者)。

  在免疫学研究所,利根川进一待就是十年,并取得了划时代的成就,促成了后来诺贝尔奖的获得。

  起源之争

  初入免疫学研究所时,免疫学家们正在为抗体的起源争论不休。生物体受到感染后会产生某些特殊的蛋白质进行抵御,这种特殊的蛋白质就称为抗体。“种系理论”认为,制造抗体的基因来自于遗传密码的一部分,而“体细胞突变”理论认为,抗体基因自身重新组合编码而衍生出新的抗体,因此一小部分基因能够产生众多变体。

  这两个理论之间有着激烈的争论,但都缺乏相关的实验支持。利根川进试图凭借自己的分子生物学基础并应用当时新发明的技术——限制酶酶切和重组DNA来解决这个难题。

  利根川进通过纯化抗体的mRNA,将其与DNA杂交并进行观察。通过实验有效计算抗体的基因数目,结果表明,基因数目远远少于抗体数目,因此否定了“种系理论”。随后,利根川进对抗体基因的表达进行了深入系统的研究。

  1976年到1981年的五年中,利根川进用一系列坚实的数据确定了“体细胞突变”理论的正确性。也就是说,抗体多样性是由于B淋巴细胞中抗体基因片段的染色体重组和突变所造成的,根据估算,抗体基因通过DNA重组和突变可以产生100亿种不同抗体,突变的基因片段是由一条条貌似非活跃或未编码的DNA带隔开的,这些DNA带被称为基因内区。他还发现这些基因内区中包含着一种基因控制成分,名为“强化因子”,这项发现也很好地解释了抗体多样性的问题。抗体具有无限的多样性后,既可以使机体识别外来抗原,又可以在抗原刺激后提高抗体对相应抗原的亲和力,从而对机体提供有效的保护。

  诺奖之称

  利根川进发现,通过重组不仅能产生抗体基因,还可以去除RNA传递基因信息的过程中不必要的部分,他将不必要的碱基序列部分命名为內含子,必要的部分命名为外显子。

  利根川进对抗体多样性遗传机理的阐明,推动了免疫学的发展,预示着科学研究开始进入分子免疫学时期。这项发现改变了人们对基因的传统看法,即一个基因编码一种蛋白,在发育和细胞分化的过程中不会发生变化。

  1987年,利根川进由于“抗体多样性产生遗传机理的发现”而获得该年度的诺贝尔生理学或医学奖。

  利根川进获得诺贝尔奖时,卡罗林斯卡研究所的Jan Lindsten教授在来自世界各地的媒体前公布获奖者名单时表示:“这项成就是百年难得一见的重大发现”。诺贝尔奖委员会也评价称:“利根川进在大约两年的时间里始终遥遥领先”。

  利根川进称,是因为幸运才获得这样的成就,但幸运也是实力的一部分。“在科学中,让自己信服最重要”,在科研路上,他借助优质研究环境,发挥集中力、韧性和熟练的技术,最终成功解开了免疫学领域长期以来的谜团。

  抗体是人类机体对抗病毒感染最重要的武器之一,千百年来,帮助人类对战天花病毒、病毒性感冒……今天,人类也同样期待着通过抗体药物解决人体自身尚未产生中和抗体的问题,发挥预防和治疗病毒感染的作用。期待新冠肺炎治疗药物传来好消息。

  出品:科普中国

  监制:中国农学会 光明网

  作者:武玥彤

  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:蔡琳 ]
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

  • 多聚焦第四届链博会主宾国和主宾省展台

  • 第十七届夏季达沃斯论坛“文化之夜”精彩绽放

独家策划

推荐阅读
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
2026年,发布《高端科学仪器创新发展行动计划》,推进“AI+”赋能仪器创新,鼓励建设全自动“黑灯”实验室等前沿科研新范式……灵心巧手(北京)科技有限公司联合创始人左家平举起一款灵巧手向记者介绍:“我们最轻的灵巧手只有370克,但它能提起50公斤重物。
2026-06-23 09:34
中国散裂中子源科学中心与港澳8所高校合作共建大湾区首台同步辐射光源,所有谱仪面向港澳全面开放,港澳用户完成实验课题超过100项,产出系列重要成果。据了解,2025年,“深圳-香港-广州”创新集群首次跃居全球创新指数第一,“澳门-珠海”集群连续两年入围全球百强,国际科技创新中心地位进一步凸显。
2026-06-23 09:30
准确来说,“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。科学家在材料结晶前,预先混入一种可聚合配体,它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”,网眼便是晶体生长的唯一空间。
2026-06-23 09:29
这就是“管中窥豹”的困境,也是当前AI辅助荧光成像面临的核心难题。团队的解决思路颇具巧思:提出了一种全新的通用型荧光成像复原网络LargePNet。
2026-06-22 09:45
6月20日,中技船舶首批9艘新能源船舶集中试航仪式在广西南宁港举行。9艘船舶包含无人驾驶智慧船、商用作业船、民用休闲船,适配执法巡逻、景区观光等各类场景,助力内河航运绿色转型。新华社发
2026-06-22 09:44
加载更多