近5年诺贝尔生理学或医学奖、化学奖总结

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大村智是日本的微生物学家,他专注于一个细菌群落——生活在土壤中的霉菌,这种菌类会产生大量抗菌活性剂(包括1952年的诺贝尔奖获得者塞尔曼·沃克斯曼发现的链霉素)。大村智教授用独特的技巧发展起大规模培养和表征这些细菌的方法,并从土壤样本中分离出新的链霉菌菌株,还成功地在实验室中将它们培养出来。从数千个不同的培养皿中,他选出大约50个最有希望的菌株,并进一步分析它们对付有害微生物的活性。

威廉·坎贝尔在美国从事寄生虫生物学研究,他获得了大村智的链霉菌培养菌株并继续研究它们的功效。坎贝尔的工作表明,一个培养菌株中的成分可显著地防止家养农场动物受到寄生虫的感染。生物活性剂的纯化名称为阿维菌素,随后经化学改性将之发展成一种叫做伊维菌素的更有效的化合物。此后对伊维菌素在感染寄生虫患者中的人体测试结果显示,它可有效杀死寄生虫幼虫(微丝)。大村智和坎贝尔共同发现了这样一类新的具有超强疗效的抗寄生虫药物。

疟疾的传统治法是使用奎宁,但是其治愈成功率在逐渐下降。上世纪60年代末,根除疟疾的大量努力都失败了,这种疾病的发病率有上升的趋势。在那个时候,中国的屠呦呦转向开发传统中药对抗疟疾的新疗法。她从大量中草药中选取对抗疟疾感染,青蒿成为备选对象,但是结果却与预期的并不一致,屠呦呦重新开始查找古典医书,并发现了引导她成功从青蒿中提取活性成分的线索。屠呦呦首先证明了这种后来被称为“青蒿素”的成分能够高效治愈感染疟疾寄生虫的动物和人类。青蒿素代表了一类新型抗疟疾制剂,能够在发病初期快速杀死疟疾寄生虫,并展现了在治疗严重疟疾上前所未有的功效。

阿维菌素、青蒿素保障全人类健康

阿维菌素和青蒿素的发现,从根本上改变了寄生虫疾病的治疗方法。阿维菌素的衍生物伊维菌素在世界各地获得很好的使用,它能有效对抗各种寄生虫,不仅副作用有限,还免费在全球发放。伊维菌素改善了数以百万计的河盲症和淋巴丝虫病患者的健康状况,为世界最贫困地区带来福祉。它的治疗效果如此巨大,以至于这类疾病已经濒临绝迹,这将是人类医学史上的一大壮举。

此外,每年有近2亿人感染疟疾,青蒿素已经用于世界各个疟疾肆虐之地。当它被用于组合疗法时,估计降低疟疾总体死亡率20%以上,在儿童中的治愈率更是高达30%。仅在非洲,青蒿素就能每年挽救10多万个生命。

阿维菌素和青蒿素革命性地治愈受到寄生虫疾病危害的大量患者,坎贝尔、大村智和屠呦呦彻底转变了治疗寄生虫疾病的方法,他们的科学成就对全人类的健康具有不可估量的影响力。

英国约翰·奥基夫、挪威梅·布莱特·莫索尔和爱德华·莫索尔

奥基夫的实验:大鼠在一个箱子里自由活动,电极被埋置在大鼠海马脑区,大鼠在活动中,每经过一个特定区域,一个海马神经元(位置细胞)就会开始发放动作电位,与此同时,记录神经元放电的设备闪烁灯光,并发出“呲呲”的放电声音。

莫泽夫妇于2005年在海马脑区上游的“内嗅皮层”区域发现了“网格细胞”,当小鼠运动不同距离时,特定的神经元会被激活,当内嗅皮层上百万神经元放电情况累计后,小鼠就可以对自己的运动轨迹进行判断。

从数学模型角度来说,个体定位自身位置有两个重要因素,一是方向,二是距离,因此,当这两个关键因素的细胞机制被揭示后,空间认知过程中最核心的问题也得到了解决。”莫泽夫妇又陆续发现嗅脑其他细胞能够同时判断距离和方向,以及环境的“边界”,而上述细胞与“位置细胞”构成一条完整的回路。这一回路系统构成了一个复杂的定位体系,大脑内置“GPS”的运转机制被揭示。

近期采用大脑成像技术研究以及对接受神经外科手术的患者进行的研究表明,‘位置细胞’与‘网格细胞’同样存在于人类大脑中。因此,对于大脑定位系统的了解或许会帮助我们理解某些疾病中空间记忆缺失的具体机制。

3、2013年诺贝尔生理学或医学奖

美国詹姆斯·E·罗斯曼、美国兰迪-W.谢克曼、德国托马斯-C.苏德霍夫。

生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子在合适的时间抵达合适的位置。一部分分子,如胰岛素,需要被转运出细胞之外,而其他分子则需要被在细胞内部进行运输。细胞内部产生的分子被包裹于囊泡之中,那么这些囊泡结构究竟是如何能确保运输的时间和地点正确性的呢?这一点一直没有被理解。

美国兰迪-W.谢克曼发现了一系列与细胞囊泡输运机制有关的基因;詹姆斯·E·罗斯曼发现了让这些囊泡得以与其目标相融合的蛋白质机制,从而可以实现对所运“货物”的传递;托马斯-C.苏德霍夫则揭示了信号是如何实现对囊泡的控制,使其得以精确分配其所载“货物”。在这项发现过程中,三位科学家揭示了细胞内输运体系的精细结构和控制机制。这一系统的失稳将导致有害结果,如神经系统疾病,糖尿病或免疫系统紊乱。

4、2012年诺贝尔生理学或医学奖

英国约翰·格登、日本山中伸弥。以表彰他们在“体细胞重编程技术”领域做出的革命性贡献。所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态,以用于形成各种类型的细胞,应用于临床医学。

约翰·格登在1962年发现,细胞的分化是可逆的。在一项经典的实验中,他将蛙的未成熟卵细胞的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核。这个修改过的细胞发育成了一只正常的蝌蚪。成熟细胞的DNA仍然包含发育为蛙体内所有细胞所需的全部信息。

山中伸弥是诱导多功能干细胞(iPScell)创始人之一。2007年,他所在的研究团队通过对小鼠的实验,发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞,为研究治疗目前多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用,因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。

5、2011年诺贝尔生理学或医学奖

美国布鲁斯·巴特勒、法国朱尔斯·霍尔曼、美国拉尔夫·斯坦曼。

博伊特勒和霍夫曼所作贡献,是认定免疫系统中的“受体蛋白”,可确认微生物侵袭并激活先天免疫功能,构成人体免疫反应的第一步。斯坦曼所作贡献,是发现免疫系统中的“枝状细胞”(DC细胞)及其在适应性免疫反应、即以自身调控方式适应并清除体内微生物过程中的作用,构成免疫反应的后续步骤。

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