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诺贝尔奖自然科学三奖项均“牵手”生命科学——人类探索生命奥秘的脚步永不停歇

来源: 新华报业网   作者:王拓  2018-10-09 19:45:10

  交汇点讯  国庆期间,诺贝尔奖化学奖、物理奖、生理学或医学奖揭晓。

  2018年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家詹姆斯·艾利森和日本科学家本庶佑,以表彰他们在癌症免疫治疗方面所作出的贡献。

  2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家亚瑟·阿斯金、法国科学家杰哈·莫罗以及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰,以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献。

  2018年诺贝尔化学奖授予美国科学家弗朗西丝·阿诺德和乔治·史密斯以及英国科学家格雷格·保罗·温特,以表彰他们在酶的定向演化以及用于多肽和抗体的噬菌体展示技术方面取得的成果。

  自然科学三奖项均和生命科学有关

  “我们的免疫系统,其实也有一套‘刹车系统’,包括一些抑制免疫系统的信号通路,其中就有PD-1、CTLA-4。当我们免疫系统的效果太强时,这些抑制性免疫的信号通路就会激活,但如果抑制得比较显著,它同时也会抑制免疫系统去杀伤肿瘤。”复旦大学药学院药理学与生物化学研究员朱棣说,詹姆斯·艾利森和本庶佑的发现,是帮助人们发现了一个解除免疫“刹车系统”的功能,然后使我们自身的免疫系统能去攻击肿瘤。

  亚瑟?阿斯金的贡献为“光学镊子及其在生物系统的应用”。他发明了一种光学镊子,可以用来捕获粒子、原子、病毒和其他活细胞。这个新工具重新实现了一个古老的科学梦想,即利用光的辐射压力来移动物体。1987年,亚瑟?阿斯金在使用镊子捕获活细菌而不伤害它们时取得了重大突破,随后他立即开始研究生物系统,现在光学镊子已被广泛用于研究生命机器。

  杰哈·莫罗和唐娜?斯特里克兰的贡献为“产生高密度超短光学脉冲的方法”。他们使用巧妙的方法成功地创建了超短的高强度激光脉冲,而不会破坏放大材料。首先,他们及时拉伸激光脉冲以降低其峰值功率,然后将它们放大,然后将它们压缩。如果一个脉冲在时间上被压缩并变得更短,那么更多的光被聚集在同一个微小的空间中,脉冲的强度就会急剧增加。莫罗和斯特里克兰最新发明的“啁啾脉冲放大”技术,可用于进行矫正眼科手术。

  弗拉西斯·阿诺德获奖,是因为她在1993年实现首次酶的定向进化。通过引入基因变异,她与她的研究小组制造出一种特定酶的多种变体,随后对这些变体进行观察,并针对不同的环境选择不同变体。例如在溶剂中可以运作的变体,或者是一种在水基环境中工作的变体。

  乔治·史密斯和格雷格·保罗·温特的工作,是噬菌体展示技术。乔治·史密斯将实验室进化技术从细菌转移到了细菌体中,可以更为高效地对突变体进行筛选。格雷格·保罗·温特则用这种方法筛选治愈疾病的抗体蛋白,产生新的抗体药。第一个基于这种方法获得的抗体已经于2002年批准用于类风湿性关节炎,牛皮癣和炎症性肠疾病。如今,使用噬菌体展示产生的抗体被用来中和毒素,治疗自身免疫疾病和转移性癌症。

  交叉学科为何容易出现引领性原创成果

  X射线晶体学、高分辨率核磁共振、超分辨荧光显微技术、冷冻电镜技术,全都是近些年诺贝尔化学奖在生物、物理、化学交叉领域方向的奖项。值得关注的是,从2000年以来,18次诺贝尔化学奖有12次颁给了生命科学相关领域,也因此被不少人戏称为“诺贝尔理综奖”。

  中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟说:“诺贝尔化学奖多次授予与化学有关交叉学科,也许侧重点或者出发点是从生物角度,但是其实很多都是跟化学有关的,例如原先的PCR(聚合酶链式反应)。”

  中科院院士、中国科学院上海有机化学研究所所长丁奎岭认为,“这次化学奖获奖体现了生物与化学的交叉与融合,尽管是生物学家做出的事情,但他们促进了从分子水平认知生物体的变化。”

  为什么生命科学、医学、化学和物理学的交叉学科成果最容易受到诺贝尔奖的青睐?答案是比较清晰的,交叉学科比较容易出成果的富矿,而且学科交叉更容易获得突破性的发现和发明。

  “交叉学科在他人尚未耕种的土地上耕耘,获得新发现新成果的概率会更大一些,因此,交叉学科就成为创新的基地之一。”苏州大学基础医学与生命科学学院院长高晓明说,譬如化学包括有机化学、无机化学、理论化学和生物化学等几个分支学科,生物化学就是用化学最基本的理论来解释生命现象。“尤其是生命科学发展的特别迅速,在化学领域获得有影响的研究结果,在生物化学领域出现的机会比较高。”

  作为两个及以上学科的“集大成者”,交叉学科最有可能产生颠覆性技术和引领性原创成果,而这恰恰是诺贝尔奖关注的焦点。诺贝尔奖获奖“大户”美国在交叉学科方面一直走在领先位置。例如,美国麻省理工学院与哈佛大学在2004年共建的博德研究所在交叉学科开展上就非常成功,博德创立根本思路就是通过理工医多学科交叉,增进对人类疾病的深刻认知,为攻克人类重大疾病奠定科学基础。博德已汇聚来自全球的3000多个科学家共同开展交叉研究,成果丰硕。

  “我国也已经开始重视这一领域的建设,例如本科生也可以修双学位。”高晓明说,以苏大为例,材料化学和纳米技术研究实力很强,其很多研究都和生物学有关,不少文章都是纳米技术在生物医学领域的应用,“我们十分鼓励化学专业的学生花一些时间去学习生物学相关课程。而到了研究生阶段,当前材料化学、纳米技术领域的学生和临床医学结合的十分紧密,他们共同进行开展研究已经成为了常态。”

  人类探索生命奥秘的脚步永不停歇

  从20世纪下半叶开始,生命科学和生物技术突飞猛进。生物科技发展史上几乎每一个里程碑的奠基者都荣获了诺贝尔奖,这也意味着人类探索生命奥秘的脚步永不停歇。

  近年来,基因编辑技术CRISPR的发明者也一直都在诺贝尔奖的候选名单上。CRISPR是从细菌中提取的一种基因组,这种基因组是细菌免疫系统的关键组成部分,可以侦测并抵抗病毒的攻击,摧毁病毒DNA。如果CRISPR能够临床使用,将有望解决人类的疾病问题,从此人类的基因就可以编辑修复,将彻底地改变人类的人生。

  “我看好下一个热门领域是人工智能在生物医学领域的应用,这是特别重要的交叉学科方向。”高晓明认为,随着人工智能的飞速发展,未来诺贝尔奖也将关注到这一领域和生命科学的结合,“比方说人工智能应用于疾病的诊断,将大幅度提升对疾病的诊断能力,对于全人类的医疗事业而言是一个飞跃。”

  在美国科幻大片《惊异大奇航》中,科学家把变小的人和飞船注射进人体,让这些缩小的“参观者”直接观看到人体各个器官的组织和运行情况。纳米机器人的概念最早是由诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼1959年提出的。他认为人类未来有可能建造一种分子大小的微型机器,可以把分子甚至单个原子作为建筑构件,在非常细小的空间里构建物质。

  “如今,科学家根据分子病理学原理研制出各式可进入人体微观世界行走的纳米机器人,应用于临床医学,以维护人体健康和延长人类寿命等。”高晓明说,未来几年内,纳米机器人将会带来一场医学革命,或许也将摘得诺贝尔奖。
       交汇点记者 王拓

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编辑:郑亚群

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