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

  • 习近平访问金砖国家新开发银行

  • 第八届数字中国建设峰会在福州举行

独家策划

推荐阅读
“对服装面料而言,防水和透气本是矛盾体,但我们采用高分子膜贴合技术,做到了既防水又透气。包括上述小程序在内,柯桥织造印染产业大脑已集成190多个应用,入驻企业4000多家,注册工程师11万多人,接入生产核心设备3万多台套。
2025-04-30 09:00
轻舟,顾名思义,以个头小、重量轻为最大特点。轻舟货运飞船副总设计师吴会英告诉记者,轻舟重量约5吨,目前的上行运力为1.8吨以上,下行为2吨。装载容积约9立方米,货物舱的体积为27立方米,可搭载航天员生活物资、科学实验设备、科学载荷等。
2025-04-30 05:10
4月29日4时10分,我国在文昌航天发射场使用长征五号乙运载火箭/远征二号上面级,成功将卫星互联网低轨03组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-04-30 05:10
近日,我国天都一号通导技术试验星成功完成白天强光干扰条件下的地月空间激光测距技术试验,在国际上首次打破地月空间卫星激光测距仅能在夜晚作业的时间限制,标志着我国在深空轨道精密测量领域取得技术新突破。
2025-04-30 05:10
搭载该模型的AI手机、智能屏幕、陪伴机器人“AI智伴小熊”等产品,为用户带来更加个性化、智能化的生活体验。
2025-04-30 09:04
(夏婷,中国科协创新战略研究院创新环境研究所副所长、副研究员)
2025-04-29 12:58
北京正推进“超高清入户行动”,推进有线电视超高清机顶盒全面置换,“计划于6月底完成标清机顶盒的置换目标”。
2025-04-29 09:10
脂肪组织中隐藏着一群脂肪细胞祖细胞,它们负责制造新的脂肪细胞。更令人惊讶的是,随着年龄的增长,APC还会进化成一种更为强大的“超级工匠”——年龄特异性定型前脂肪细胞(CP-A)。
2025-04-29 09:51
近日,中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所(以下简称“质标所”)农业环境污染物研究室成功研发出全球首套面源污染智能监测系统。
2025-04-29 09:50
一位老人站在秧田里,大喊一声“拔秧哦”,弯腰拔起第一把秧苗。众人齐声应和,大声喊:“风调雨顺,五谷丰登。”秧田里,一排人将秧苗拔起,担到打过格子的稻田里,整整齐齐插好。
2025-04-29 06:30
2024年,全国生态环境质量持续改善,环境安全形势保持稳定,公众生态环境满意度达91.24%,连续4年超过90%。
2025-04-29 09:07
把青春奋斗融入党和人民事业,青春才会绽放绚丽光彩。
2025-04-29 09:28
人形机器人是人工智能赋能新型工业化的高级载体。
2025-04-29 09:14
基本建成国家语言文字大数据中心,初步建成国家关键语料库和国家战略语言资源信息库。
2025-04-29 09:13
“让学生在自然中领悟生命科学的魅力,在实践中锤炼强农兴农的本领。”
2025-04-28 16:42
雨水浸入土壤,导致土壤中的氧气骤减,蚯蚓爬出地面吸取新鲜空气;大雨过后枯枝落叶、微生物等有机物增加,也为蚯蚓提供了更多觅食机会  这几天,南方多地降雨。蚯蚓因无专门的呼吸器官,其呼吸依赖皮肤与土壤孔隙中的氧气进行交换,雨水浸入土壤后往往会占据大部分孔隙,导致土壤缝隙里的氧气骤减。
2025-04-28 10:08
2011年初,团队成员、硕士研究生周何乐子参与塑料及其复合材料数字化成形项目研发。周何乐子和年轻的团队成员没有因此退缩,历经5年攻关,最终攻克了塑料及其复合材料数字化成形的一系列关键智能技术。
2025-04-28 10:02
早上7点,安徽师范大学生命科学学院教授黄松准时踏进办公室,开始一天的工作。目前,黄汝怡在上海海洋大学攻读蛇类学博士学位,“现在连她导师的办公室都成了她的‘养殖场’”。
2025-04-28 10:01
4月的鼎湖山,清晨还带着寒意,黄忠良已经走进了林子。1956年6月30日,中国科学院华南植物研究所(中国科学院华南植物园前身)在广东肇庆建立鼎湖山国家级自然保护区,这是中国首个自然保护区,也是唯一隶属中国科学院的保护区。
2025-04-28 10:01
160年前,欧洲生物学家孟德尔通过杂交实验研究豌豆的花色、果荚颜色等七大性状的遗传变异,发现了遗传学三大基本规律中的两个——分离规律和自由组合规律,奠定了现代遗传学的基础。
2025-04-28 09:30
加载更多