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

  • 2025腾冲科学家论坛开幕

  • 沪渝蓉高铁通泰扬特大桥跨太平河桥精准合龙

独家策划

推荐阅读
这次经历让我开了窍:一个顶尖的技术工人,不能只满足于执行标准,更要具备在标准之外创造解决方案的能力。我带徒弟,始终坚持“手把手教技能,实打实查问题,面对面讲后果”。
2025-12-05 10:15
由此,研究团队模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点,在实验室中成功“复刻”出具有类似仿生层状结构的水凝胶。为验证实际效果,研究团队将这种水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上,并在模拟果园环境的复杂通道中进行测试。
2025-12-05 10:16
“十四五”时期,我国批准上市创新药达210个。为保证药品安全有效,药监部门对新药研发、生产、上市作出一系列严格规定,强化研发生产各环节质量管理。
2025-12-05 10:22
据中国载人航天工程办公室消息,根据计划安排,神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。目前,空间站组合体运行稳定,神舟二十一号航天员乘组状态良好,已做好出舱活动各项准备工作。
2025-12-05 10:17
大国工匠的成长是一个长期、连续、贯通的过程,职业教育要为学生构建可持续发展的成长通道。在新时代的征程中,职业教育应不断探索符合技术技能人才成长规律的教学模式,为培养更多大国工匠、能工巧匠作出更多贡献。
2025-12-05 10:15
12月1日至4日,第十三届世界科学记者大会在南非比勒陀利亚举行。
2025-12-05 10:48
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
加载更多