这次诺奖你能看懂!官方原文解读3位美国科学家的生理医学获奖研究:生物钟如何控制你的身体

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这次诺奖你能看懂!官方原文解读3位美国科学家的生理医学获奖研究:生物钟如何控制你的身体
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20天前

北京时间 10 月 2 日下午 5 点 30 分,2017 诺贝尔生理或医学奖评选结果揭晓。
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北京时间 10 月 2 日下午 5 点 30 分,2017 诺贝尔生理或医学奖评选结果揭晓。

北京时间 10 月 2 日下午 5 点 30 分,2017 诺贝尔生理或医学奖评选结果揭晓——诺贝尔委员会宣布,将此奖项颁发给美国遗传学家杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)、迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash),以及迈克尔·杨( Michael W. Young)。

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杰弗里·霍尔(Jeffrey C. Hall)1945 年 3 月 3 日生于纽约布鲁克林,美国遗传学家。于 1971 年获得西雅图华盛顿大学遗传学博士学位,于 1974 年成为布兰迪斯大学教员。1984 年他和迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)的研究小组克隆了果蝇的 period 基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。他们还揭示出该基因所编码的信使核糖核酸和蛋白质含量随昼夜节律而变化。霍尔于 2001 年被选入美国文理科学院,2003 年被选入美国国家科学院并获美国遗传学会勋章。因为 period 基因方面的杰出贡献,他于 2009 年获格鲁伯神经科学奖,2011 年获路易莎·格罗斯·霍维茨奖,2012 年获盖尔德纳国际奖。并于2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。

迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash),1944 年 3 月 7 日生于密苏里州堪萨斯,美国遗传学家。罗斯巴什是布兰代斯大学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员。1984 年他和杰弗里·霍尔的研究小组克隆了果蝇的 period 基因,1990 年提出了生物钟的转录翻译负反馈回路的概念。1998 年,他们在果蝇体内发现了 period 基因、时钟基因。 2003 年当选为美国国家科学院院士。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。

迈克尔·杨(Michael W Young),1949 年生于佛罗里达州迈阿密,美国遗传学家、美国国家科学院院士。1975 年获得克萨斯大学奥斯汀分校博士学位,1978 年起任洛克菲勒大学教员,后成为该校副校长。2013 年获得邵逸夫生命科学及医学奖。1984 年他的团队克隆出果蝇的 period 基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。杨之后的研究还揭示了更多生物钟相关基因,以及它们产物的运作情况。

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以下为诺贝尔委员会官方新闻稿全文: 

 

概述

地球上的所有生命都必须适应地球的自转。很多年来,我们一直知道所有的生命体,包括人类在内,都有一个内部的生物钟,来让他们适应昼夜变换,并找到生命的节奏。但这个这种生物钟到底是如何工作的?Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash 和 Michael W. Young 三人的工作窥探了生物钟的秘密,并解释了其工作原理。他们的研究成果解释了植物、动物以及人类是如何适应这种生物节律,并同时与地球的自转保持同步。

今年的诺贝尔生物学奖获得者们从果蝇身上分离出了一种基因,这种基因用来控制果蝇的日常生物节律。研究者们表示,这种基因可以使得果蝇在白天时对体内的一种蛋白质进行编码,使它们聚集,到晚上则进行降解。随后,研究人员又发现了这种机制的其他蛋白质组分,从而揭示了到底是一种怎样的机制使得细胞内的生物钟持续工作。我们现在认识到,这种细胞内机制同样作用于其他多细胞生物,包括人类本身。

我们体内的生物钟,在一天之中的不同时段,对我们的生理功能进行着非常精准的调节,例如行为、激素水平、睡眠情况、体温,以及新陈代谢等。当我们所处的外部环境于我们体内的生物钟出现不匹配的情况时,我们的身体状况就会马上反应出不适,比如乘机穿越数个时区导致的“时差”。此外,还有迹象表明,如果我们的生活方式与生物钟开始出现偏差时,我们换上各种疾病的风险也会随之增加。 

 

我们的内部时钟

大多数的生物可以预测并适应环境中的日常变化。18 世纪的时候,法国科学家 Jean-Jacques d'Ortous de Mairan 将含羞草置于恒定黑暗的环境下。他发现,含羞草叶片的活动仍能保持 24 小时的波动性变化。植物似乎都有自己的生物钟,那次发现也被认为是生物具有内源生物节律的最早证据。

之后,其他研究人员发现,不仅植物有这种“内部时钟”,其他动物包括人类都存在这一现象,而这个“时钟”其实有助于我们为日常的生理机能做好准备。这种规律性的适应被称为“昼夜节律”。但是,人体内部生物钟的工作原理仍然是个谜。

 

发现生物钟基因

早在上世纪七十年代,加州理工学院的 Seymour Benzer 和他的学生 Ronald Konopka 就开始寻找可以控制果蝇昼夜节律的基因。他们发现,有个当时还不知道的基因如果发生突变,就会扰乱果蝇的昼夜节律。他们给这个新基因起了个名字:period(周期)。那么,这个基因是如何影响节律的呢?

今年的诺贝尔奖得主研究的就是这个问题。1984 年,Jeffrey Hall 和 Michael Robash(当时两人在波士顿的布兰迪斯大学)和洛克菲洛大学的 Michael Young 紧密合作,成功地分离出了 period 基因。他们把这个基因编码的蛋白其名为“PER”。他们发现,在晚上 PER 会在果蝇体内积累,到了白天又会被分解。所以 PER 的浓度会循环震荡,周期为 24 小时,和昼夜节律相同。

 

自我调节的周期节律

接下来,科学家需要研究的一个重大课题,就是 PER 这个蛋白如何保持稳定的震荡周期。Jeffery Hall 和 Michael Rosbash 提出了一个假说:PER 蛋白可以让 period 基因失去活性。换句话说,PER 和 period 形成了一个抑制反馈的环路,PER 可以抑制基因合成自己,这样就形成了一个连续,循环的节律。

这个模型非常有趣,但是仍然有几个问题没有解决。PER 蛋白质只有从细胞质进入细胞核,才能抑制 period 基因。Jeffery Hall 和 Robash的研究表明,每当晚上的时候,PER 蛋白会在细胞核里积累,但是它是如何进入细胞核的?1994 年,Michael Young 发现了第二个节律基因:timeless。Timeless 可以编码 TIM蛋白,同样为正常节律所需。Young 做了一个漂亮的实验,发现 TIM 会结合到 PER 上,然后两个蛋白可以一起进入细胞核,并且在那里抑制 period 基因的活性。

以上的研究揭示了细胞蛋白水平为什么会出现震荡,当还有问题。这种震荡的频率周期为什么维持在 24 小时?Michael Young 又发现了一个基因 doubletime,可以编码 DBT 蛋白。DBT 可以延迟 PER 蛋白的积累,这解释了为什么震荡的周期为什么会稳定在 24 小时左右。

这三位新科诺贝尔奖得主的研究阐述了生物钟的理论基础。在随后的几年里,其他一些分子也被发现,进一步解释了生物钟的机理和稳定性。例如,他们三人还发现了其他一些蛋白可以维持period的活性,以及外界的光如何调节生物钟。

 

守时的人体生理学

生物钟在复杂的人体生理中的方方面面都有涉及。我们已经知道所有的多细胞生物,包括人类,都是使用同一个相似的机制来调节生理节奏。生物钟能调节我们大部分的基因,并且最终这个生物钟能使我们的生理情况适应一天中不同时段。其实,每一位取得诺奖的科学家,他们的工作并不仅仅是在其专业领域内发光发热,这些研究是过去几十年间生命科学领域的真实发展,这些发展也正在改变我们每一个人的生活,这也是诺贝尔奖的意义所在。

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该榜单来自诺贝尔奖官网:http://www.nobelprize.org

 

诺贝尔生理学或医学奖全盘点

在诺贝尔奖体系中,有一部分是颁布给那些在生理学界或医学界有杰出贡献的科研工作者,这就是诺贝尔生理学或医学奖。历届获奖人中不乏改变医学世界的牛人,例如发明青霉素的弗莱明,还有我国杰出科研工作者发现青蒿素的屠呦呦教授。

第一届诺贝尔生理学或医学奖的颁布是在 1901 年,现在就让我们来盘点下 1901 年到 2016 年间环绕诺贝尔生理学或医学奖发生的事情吧。

◆ 诺贝尔生理学或医学奖的数量 

从 1901 年开始计算,一共有 106 届诺贝尔生理学或医学奖被颁发。其中有九年没有颁发相关奖项:1915、1916、1917、1918、1921、1925、1940、1941 以及 1942年。那么为什么这些年都没有颁发诺贝尔生理学或医学奖呢?在诺贝尔基金会章程上写道:如果在考虑范围内的所有科学发现没有足够的重要性,奖金将被保存至下一年。如果第二年,仍然不能颁发奖项,那么奖金将纳入诺贝尔基金的受限资金中。而在第一次和第二次世界大战中,诺贝尔奖没有颁发。

◆ 共同分享和独享的诺贝尔生理学或医学奖题

为什么诺奖可以共享呢?原因就写在诺贝尔基金会章程上:如果两项科学发现都有资格获得诺贝尔奖,那么诺贝尔奖的奖金可以平均分为两等分。如果两位或者两位以上的科学家参与了一项能获奖的科学发现,那么诺贝尔奖可以同时颁发给他们。但是,一届诺贝尔奖不能分给三位以上的获奖者。

◆ 获奖者的数量

据统计,1901 年至 2016 年间,前后共有 211 位诺贝尔生理学或医学奖获奖者。

◆ 获奖者的生日

获奖者中,最常见的生日是 5 月 21 日和 2 月 28 日。

◆ 获奖者的平均年龄

据统计,1901 年至 2016 年间全部获奖者的获奖平均年龄为 58 岁。

最年轻的获奖者:迄今为止,该奖项最年轻的获奖者是弗雷德里克·G·班廷,他和他的助手于 1923 年因成功分离胰岛素而得奖,获奖的时候年仅 32 岁。

最年长的获奖者:佩顿·劳斯,他发现了病毒在某些癌症中所扮演的角色,因而获得 1966 年的诺贝尔生理学或医学奖,获奖的时候已经 87 岁了。

◆ 女性获奖者

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全部 211 位获奖者中,只有 12 名是女性。而在这 12 人中,只有巴巴拉·麦克林托克是独享诺奖,其余均和他人分享当年的诺奖。

1947 - 格蒂·特蕾莎·科里 

1977 - 罗莎琳·萨斯曼·耶洛

1983 - 巴巴拉·麦克林托克 

1986 - 丽塔·列维-蒙塔尔奇尼

1988 - 格特鲁德·B·埃利恩 

1995 - 克里斯汀·纽斯林-沃尔哈德 

2004 - 琳达·巴克

2008 - 弗朗索瓦丝·巴尔-西诺西

2009 - 伊丽莎白·布莱克本以及卡罗尔·格雷德

2014 - 梅·布莱特·莫索尔

2015 – 屠呦呦

◆ 多次获奖者

迄今为止,还没有人能够获得两次或以上次数的诺贝尔生理学或医学奖。没准下一个就是你。◆ 死后才获得诺贝尔生理学或医学奖的获奖者

历届诺贝尔生理学或医学奖的主中,没有人是在死后才获奖的。从1974 年开始,诺贝尔基金会章程已经明确表示,诺贝尔奖不能颁布给已经过世的科学工作者,而在宣布获奖后获奖人才去世的情况不在其列。在 1974 年之前,诺贝尔奖颁发给已故科学工作者的案例也只有两例:1961 年诺贝尔和平奖得主(Dag Hammarskjöld)达格·哈马舍尔德以及 1931 年诺贝尔文学奖得主埃利克·阿克塞尔·卡尔费尔德(Erik AxelKarlfeldt)。

而在 2011 年诺贝尔生理学或医学奖的一份官方声明中表示,一位诺贝尔生理学或医学奖得主拉尔夫·斯坦曼(Ralph Steinman,如上图)在获奖前三天已经去世。但是,诺贝尔生理学或医学奖评审委员会还是决定将奖项颁发给他,因为在瑞典卡罗林斯卡研究所召开的诺贝尔大会上,委员会颁布奖项的时候并不知道斯坦曼教授已经离世。

◆ 诺贝尔生理学或医学奖获奖者的家庭树  

科学伉俪:卡尔·科里和格蒂·科里夫妇(Gerty Cori and Carl Cori)因发现糖原的催化转化原因同时获得1947年的诺贝尔生理学或医学奖;梅·布莱特·莫索尔和爱德华·莫索尔夫妇(May-Britt Moser and Edvard I. Moser)因发现构成大脑定位系统的细胞同时获得 2014 年的诺贝尔生理学或医学奖;

父子兵:汉斯·冯·奥伊勒-切尔平(Hans von Euler-Chelpin,化学奖)和乌尔夫·冯·奥伊勒-切尔平(Ulf vonEuler,医学奖);阿瑟·科恩伯格(ArthurKornberg,医学奖)和罗杰·科恩伯格(Roger D. Kornberg,化学奖);

龙兄虎弟:简·丁伯根(Jan Tinbergen,经济学奖)和尼克拉斯·丁伯根(Nikolaas Tinbergen,医学奖);

◆ 强制放弃诺贝尔生理学或医学奖

只有一届诺贝尔生理学或医学奖被获奖者所在国当权者强制要求放弃领奖。二战期间,阿道夫·希特勒驳回三位德国科学家接受诺贝尔奖的请求,其中就有 1939 年的诺贝尔生理学或医学奖得主格哈德·多马克。

另外两位科学家分别是 1938 年诺贝尔化学奖得主理查德·库恩以及 1939 年诺贝尔化学奖得主阿道夫·布特南特。不过,他们之后还是接收了诺贝尔奖证书和奖章,没有奖金。

◆ 获奖者以及他们的专业领域

获奖者涉足领域最普遍的是基因科学,共有 48 位科学家获奖。

◆ 获奖者的无间合作

科学研究往往不是一个人的事情,伟大的发现更需要科学家之间无间的合作,就像多名诺贝尔获奖者之间都保持着长期的合作关系:

◆ 诺贝尔生理学或医学奖的提名

在提名数据库中,你可以发现很多有意思的事情,比如说,奥地利神经学者西格蒙德·佛洛伊德(1856-1939),同时也是精神分析学界的奠基者,曾经先后32次被提名诺贝尔生理学或医学奖,却从来没有获奖。1929 年,一位专家进入了诺贝尔生理学或医学奖评审委员会中,他表示佛洛伊德的工作没有进一步研讨的必要,因为他觉得这样的工作没有科学价值。也许佛洛伊德的工作就是这样不被诺贝尔生理学或医学奖评审委员会所接受。在 1936 年,佛洛伊德甚至被提名诺贝尔文学奖,提名者是他的相识,诺奖得主罗曼·罗兰。诺贝尔奖的提名数据被尘封了 50 年之久,才展现在世人面前。

◆ 诺贝尔生理学或医学奖奖章

诺贝尔生理学或医学奖奖章是由瑞典雕塑和雕刻艺术家埃里克·林德伯格设计,图案描绘了一位医学天才正伸出手用碗收集从石缝中流出的水,尝试给怀中罹患疾病的少女解渴的画面。

◆ 诺贝尔生理学或医学奖证书

诺贝尔生理学或医学奖证书十分精美,可以说每一本证书都是一件艺术品。它们都是由瑞典或者挪威最顶尖的艺术家和书法家制作而成。

◆ 诺贝尔生理学或医学奖奖金

阿尔弗雷德·诺贝尔用他大部分的资产——超过3100万瑞典克朗(折合现在17亿200万瑞典克朗)——成立一个基金会,将基金所产生的利息每年奖给在前一年中为人类作出杰出贡献的人,以表彰那些对社会做出卓越贡献,或做出杰出研究、发明以及实验的人士。

◆ 单词“Laureates(获奖者)”的来源

单词“Laureate(获奖者)”本义是戴着桂冠的人。在希腊神学中,阿波罗就是这样一个戴着桂冠出场的人。桂冠则是由月桂树(拉丁语:Laurusnobilis)的枝条和树叶编织成的圆形王冠。在古希腊,桂冠一般授予体育竞技的胜利者或是文学领域的佼佼者,是荣誉的象征。

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