三名美國人——傑弗裡c霍爾、Michael Rosbash和麥可w楊——獲得了2017年諾貝爾生理學或醫學獎,以表彰他們在控制晝夜系統的分子機制方面的研究。
霍爾出生在紐約,Rosbash在堪薩斯城,他們都在布蘭斯大學工作。麥可楊出生於邁阿密,曾在洛克菲勒大學工作。
2017年諾貝爾生理學或醫學獎的得主,被授予了傑弗裡c霍爾、Michael Rosbash和麥可w楊。twitter.com/lbwrastcdn
在周一在斯德哥爾摩宣布獲獎者時,頒獎委員會表示,科學家們闡明了生命形式的「生物鐘」是如何波動的,從而優化我們的行為和生理機能。「他們的發現解釋了植物、動物和人類是如何適應它們的生物節律的,以便與地球的革命同步。」
科學家們與果蠅合作,分離出一種基因,這種基因負責一種蛋白質,這種蛋白質會在夜間積聚,但會在一天內降解。生物鐘失調可能會影響到醫療條件和紊亂,以及旅行者在穿越時區時所經歷的時差反應。
霍華德休斯醫學研究所所長埃琳奧謝說,人們已經觀察了幾個世紀,植物和動物會隨著自然環境中的光線變化而改變自己的行為。Rosbash和他的年輕人知道的是如何做。
她說:「基因構成了生物體可以追蹤時間的機制,這就使得它們——就像你的腕錶一樣——協調它們的行為和它們的睡眠-甦醒周期,與光暗周期的變化相一致。」
「晝夜節律系統的觸角遍及一切,」Rosbash在2014年接受霍華德休斯醫學研究所的採訪時解釋道。「在人體的幾乎每一個組織中,它都在滴答作響。」文章還指出,它也存在於植物中,包括主要的糧食作物,而且似乎與「疾病易感性、生長率和果實大小」有關。
美國遺傳學家(L-R)Michael Rosbash、傑弗裡c霍爾和麥可w楊在香港中文大學肖學院的演講中。(法新社/香港中文大學)
他們早期的工作發生在1984年,當時霍爾和Rosbash在布蘭迪斯大學和洛克菲勒大學合作,分離了控制果蠅晝夜節律的「周期」基因。霍爾和Rosbash隨後證明,這種基因編碼的蛋白質水平在24小時周期內發生變化,白天和晚上都在上升。他們推測,這種蛋白質阻礙了周期基因的活動。
但要達到這種效果,蛋白質必須到達細胞核內的遺傳物質,沒有人能弄清楚它是如何到達那裡的,直到1994年,年輕的時候,發現了第二個時鐘基因,現在被稱為「永恆」。他的研究表明,當蛋白質被永恆地綁定到由基因周期產生的蛋白質時,它們就能進入細胞核。他進一步確定了第三種基因「雙時間」,這種基因在24小時內似乎控制了振蕩的頻率。
周一上午,生物節律生物學領域的研究人員稱,科學家的工作對地球上的所有生命都有深遠的影響。這一領域被稱為「時間生物學」。
杜克大學的Xinnian Dong說,其中包括「對人類健康的重大影響尚未得到充分認識」。
阿爾茨病、抑鬱症、注意力缺陷多動症(ADHD)、心臟病、肥胖症、糖尿病和其他代謝問題都是與晝夜節律失調有關的眾多疾病之一。Erol Fikrig是耶魯大學醫學院傳染病科的負責人,他解釋說,我們的免疫系統也「受到晝夜節律的影響,這可能會改變我們對抗感染的能力。」
Amita Sehgal是賓夕法尼亞大學的神經學家,他在1988年至1993年期間曾是青年實驗室的博士後,並研究了時鐘基因。她說,目前還不清楚這一領域的發展方向,很多人認為「這是一種非常深奧的東西。」但是多虧了諾貝爾獎得主的研究,這個領域已經發生了爆炸式的發展,我們現在知道,我們所有的身體器官——肝臟、腸道、肺裡都有生物鐘——我們的生理機能是有節律的。我們的血壓和體溫在一天中不同的時間會上升和下降。
現在,Sehgal自己的研究涉及到睡眠似乎是如何被生物鐘控制的,因為儘管我們晚上睡覺,我們對睡眠的需求似乎是獨立於時鐘的。她說:「如果你沒有時鐘,你仍然會睡覺,但它會在一天中隨機分配。」
楊說,在他們的研究中,最重要的一個研究領域是,當時鐘運行過快或過慢時,會發生什麼。最近,科學家們發現,世界上有1%的人的生物鐘基因發生了突變,這與睡眠延遲有關。
「許多這樣的人出現在睡眠診所,不知道該怎麼做。」「我們現在有了一個分子和遺傳基礎……這給了我們一個工作的目標,」他在宣布消息後不久對記者說。
今年的諾貝爾獎得主很可能不是很多諾貝爾獎得主,因為諾貝爾醫學獎是出了名的難以預測。事實上,在頒獎典禮的新聞發布會上,諾貝爾委員會的一名成員說,當他告訴Rosbash他收到了這個獎項時,他的回答是:「你在開玩笑吧。」
這個高度保密的諾貝爾委員會沒有公布那些正在考慮獎項的名單,而且在其116年的歷史中從未有過。在宣布這一消息之前的幾周,人們把這些名字扔在了自己的名字上,這些名字總是很長,而且很有推測性。David Pendlebury曾是湯森路透的前任,現在有了澄清分析,他的選擇基於廣泛的數據分析,並有令人印象深刻的記錄,在過去的15年裡正確地挑選了許多諾貝爾獎得主(儘管並不總是在正確的年份)。
今年,他確定了匹茲堡大學的可能獲獎者袁昌和派屈克摩爾(Patrick Moore),他們的研究對象是與癌症相關的人類皰疹病毒8(kshv/hhv8);威爾康奈爾醫學研究所的劉易斯坎特利(Lewis Cantley)發現細胞信號通路及其在腫瘤生長中的作用;以及倫敦大學學院的Karl j.Friston,他在研究大腦成像數據的算法和技術方面的工作。也許其中的一個會在明年勝出。
近年來,諾貝爾醫學獎頒給了人類生物學領域的一系列重大突破:一名日本科學家發現了人體防禦系統中的一種關鍵機制,涉及到細胞的再生,在癌症中起著重要作用;三名科學家研究了河盲症和瘧疾的治療方法;還有研究人員破譯了大腦的「全球定位系統」,使我們能夠在太空中定位自己。
諾貝爾物理學獎將於周二公布,周三的化學獎,以及周五的和平獎。諾貝爾經濟學獎將於周一宣布,諾貝爾獎將於周一宣布,諾貝爾文學獎的日期將很快公布。諾貝爾獎的獲得者是諾貝爾獎得主阿爾弗雷德諾貝爾(非諾貝爾獎)。