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更多>新冠肺炎疫情期間,“抗原”和“抗體”一度成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。有無(wú)抗原、抗體,是檢測(cè)是否患新冠肺炎的標(biāo)準(zhǔn)之一;在沒(méi)有疫苗和特效藥的前提下,提取康復(fù)患者血漿,利用血清中的大量抗體,對(duì)抗病毒,也已成為一種治療方式。在人類健康史上,從疫苗的早期探索到臨床治療,基于抗體的基礎(chǔ)研究和治療已經(jīng)顯示出巨大作用。
但在20世紀(jì)70年代以前,抗原和抗體的原理一直被視為醫(yī)學(xué)界最大的“謎團(tuán)”,直到1987年,日本科學(xué)家利根川進(jìn)解開了這個(gè)醫(yī)學(xué)界難題,他因發(fā)現(xiàn)抗體多樣性的遺傳學(xué)原理而獲得1987年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
化學(xué)之路
1939年9月6日,利根川進(jìn)出生于日本名古屋市,高中階段他就對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。1963年,從京都大學(xué)(University of Kyoto)理學(xué)部化學(xué)科畢業(yè)的他,進(jìn)入京都大學(xué)病毒研究所,跟隨渡邊格從事分子生物學(xué)的研究。
利根川進(jìn)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))
在他求學(xué)時(shí),機(jī)緣巧合下閱讀了由法國(guó)科學(xué)家莫諾(J·L·Monod)與雅可布(F·Jacob)發(fā)表的“蛋白質(zhì)合成中的遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制”一文中提出的學(xué)說(shuō)——“操縱子學(xué)說(shuō)”,因而對(duì)分子生物學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。
渡邊格在當(dāng)時(shí)是日本少數(shù)自美國(guó)歸國(guó),經(jīng)過(guò)完整分子生物學(xué)訓(xùn)練的科學(xué)家。渡邊格認(rèn)為,想要學(xué)好分子生物,目前日本的環(huán)境還不夠成熟,建議他去美國(guó)深造。同年,利根川進(jìn)前往加州大學(xué)圣迭戈分校(University of California, San Diego)攻讀分子生物學(xué)研究生。
1968年,利根川進(jìn)獲得博士學(xué)位。次年4月,利根川進(jìn)進(jìn)入索爾克研究所的杜爾貝科(Renato Dulbecco,1975年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究,在數(shù)年的科研中,一方面對(duì)他研究的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)有了深入的認(rèn)識(shí),另一方面也掌握了大量的分子生物學(xué)技術(shù)。
1971年,利根川進(jìn)成為瑞士巴塞爾市免疫學(xué)研究所(Institute of Immunology in Basel)的分子生物學(xué)家,時(shí)任所長(zhǎng)的是著名免疫學(xué)家杰尼(Niels Kaj Jerne,1984年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者)。
在免疫學(xué)研究所,利根川進(jìn)一待就是十年,并取得了劃時(shí)代的成就,促成了后來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)的獲得。
起源之爭(zhēng)
初入免疫學(xué)研究所時(shí),免疫學(xué)家們正在為抗體的起源爭(zhēng)論不休。生物體受到感染后會(huì)產(chǎn)生某些特殊的蛋白質(zhì)進(jìn)行抵御,這種特殊的蛋白質(zhì)就稱為抗體?!胺N系理論”認(rèn)為,制造抗體的基因來(lái)自于遺傳密碼的一部分,而“體細(xì)胞突變”理論認(rèn)為,抗體基因自身重新組合編碼而衍生出新的抗體,因此一小部分基因能夠產(chǎn)生眾多變體。
這兩個(gè)理論之間有著激烈的爭(zhēng)論,但都缺乏相關(guān)的實(shí)驗(yàn)支持。利根川進(jìn)試圖憑借自己的分子生物學(xué)基礎(chǔ)并應(yīng)用當(dāng)時(shí)新發(fā)明的技術(shù)——限制酶酶切和重組DNA來(lái)解決這個(gè)難題。
利根川進(jìn)通過(guò)純化抗體的mRNA,將其與DNA雜交并進(jìn)行觀察。通過(guò)實(shí)驗(yàn)有效計(jì)算抗體的基因數(shù)目,結(jié)果表明,基因數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于抗體數(shù)目,因此否定了“種系理論”。隨后,利根川進(jìn)對(duì)抗體基因的表達(dá)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。
1976年到1981年的五年中,利根川進(jìn)用一系列堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)確定了“體細(xì)胞突變”理論的正確性。也就是說(shuō),抗體多樣性是由于B淋巴細(xì)胞中抗體基因片段的染色體重組和突變所造成的,根據(jù)估算,抗體基因通過(guò)DNA重組和突變可以產(chǎn)生100億種不同抗體,突變的基因片段是由一條條貌似非活躍或未編碼的DNA帶隔開的,這些DNA帶被稱為基因內(nèi)區(qū)。他還發(fā)現(xiàn)這些基因內(nèi)區(qū)中包含著一種基因控制成分,名為“強(qiáng)化因子”,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也很好地解釋了抗體多樣性的問(wèn)題??贵w具有無(wú)限的多樣性后,既可以使機(jī)體識(shí)別外來(lái)抗原,又可以在抗原刺激后提高抗體對(duì)相應(yīng)抗原的親和力,從而對(duì)機(jī)體提供有效的保護(hù)。
諾獎(jiǎng)之稱
利根川進(jìn)發(fā)現(xiàn),通過(guò)重組不僅能產(chǎn)生抗體基因,還可以去除RNA傳遞基因信息的過(guò)程中不必要的部分,他將不必要的堿基序列部分命名為內(nèi)含子,必要的部分命名為外顯子。
利根川進(jìn)對(duì)抗體多樣性遺傳機(jī)理的闡明,推動(dòng)了免疫學(xué)的發(fā)展,預(yù)示著科學(xué)研究開始進(jìn)入分子免疫學(xué)時(shí)期。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)改變了人們對(duì)基因的傳統(tǒng)看法,即一個(gè)基因編碼一種蛋白,在發(fā)育和細(xì)胞分化的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變化。
1987年,利根川進(jìn)由于“抗體多樣性產(chǎn)生遺傳機(jī)理的發(fā)現(xiàn)”而獲得該年度的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
利根川進(jìn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)時(shí),卡羅林斯卡研究所的Jan Lindsten教授在來(lái)自世界各地的媒體前公布獲獎(jiǎng)?wù)呙麊螘r(shí)表示:“這項(xiàng)成就是百年難得一見(jiàn)的重大發(fā)現(xiàn)”。諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)也評(píng)價(jià)稱:“利根川進(jìn)在大約兩年的時(shí)間里始終遙遙領(lǐng)先”。
利根川進(jìn)稱,是因?yàn)樾疫\(yùn)才獲得這樣的成就,但幸運(yùn)也是實(shí)力的一部分?!霸诳茖W(xué)中,讓自己信服最重要”,在科研路上,他借助優(yōu)質(zhì)研究環(huán)境,發(fā)揮集中力、韌性和熟練的技術(shù),最終成功解開了免疫學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)的謎團(tuán)。
抗體是人類機(jī)體對(duì)抗病毒感染最重要的武器之一,千百年來(lái),幫助人類對(duì)戰(zhàn)天花病毒、病毒性感冒……今天,人類也同樣期待著通過(guò)抗體藥物解決人體自身尚未產(chǎn)生中和抗體的問(wèn)題,發(fā)揮預(yù)防和治療病毒感染的作用。期待新冠肺炎治療藥物傳來(lái)好消息。
出品:科普中國(guó)
監(jiān)制:中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì) 光明網(wǎng)
作者:武玥彤
本文由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員金蕪軍進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)
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