【日本人與諾貝爾獎】下村侑:查明水母發光物質,讓蛋白質動作可見

2020-11-24 生物谷

高中時遭遇核爆


海中漂浮的水母根據種類的不同具有不同的發光功能，到水族館就能看到水母在黑暗環境中發光的樣子。水母是如何發光的呢？下村侑查清了這種機制，為生命科學和醫學研究現場留下了革命性的成果，並因此而獲得了諾貝爾化學獎。


下村出生於京都，由於父親工作調動的原因，曾輾轉居住於日本各地。高中時在長崎市遭遇了原子彈爆炸。因為是在戰爭期間，無法升入自己心儀的大學，下村便去了自家附近臨時開辦的長崎醫科大學藥學專業部（現長崎大學藥學部）。


畢業後，他原本打算進入製藥企業工作，但因為面試失敗，只好留在大學研究室裡做助手。後來成為名古屋大學理學部的平田義正教授的研究生，開始探索發藍光的夜行性生物海螢的光源，不到一年時間就成功完成了發光物質的精煉和結晶，令周圍人無比驚訝。


下村研究生畢業後繼續回到長崎大學做助手，之後於1960年8月到美國普林斯頓大學留學。研究課題是調查形狀宛若頂著一個碗的水晶水母的發光機制。3年後，下村以助教授的身份回到名古屋大學理學部，但研究並不順利，於是2年後再次赴美，成為普林斯頓大學的高級研究員。之後進入伍茲霍爾海洋研究所，之後接連查明了發光生物的發光機制。


下村侑榮獲2008年諾貝爾化學獎


查清水晶水母的發光機制


漂浮在海浪中的直徑10-20釐米的水晶水母一邊輕柔地移動，一邊發出漂亮的綠色光。這種光是通過什麼原理髮出的呢？下村對發光物質很感興趣，於是推進了研究。他首先研究了讓水母停止發光的方法。


研究發現，鈣離子是發光所必須的物質，另外他還成功地分離出了發光物質。這就是綠色螢光蛋白（GFP）。


GFP遇到紫外線後會單體發光，所以利用基因技術與其他蛋白質等融合的話，GFP的發光可以作為標記利用，能觀察蛋白質等在體內的情況。由此可以確認細胞內的物質代謝以及蛋白質的移動和存在，能在活體狀態下觀察蛋白質和特定物質的動作。


獲得少年時代生活過的長崎縣佐世保市名譽市民稱號


發光的水晶水母


追蹤生命現象的劃時代工具


生物體內存在幾萬種蛋白質，這些蛋白質支撐著生命現象。觀察蛋白質的動作曾經非常困難。但下村的發現幫助確定了GFP的基因。接下來就可以利用基因重組技術將GFP作為其他想調查的蛋白質的「標記」利用。在動物和植物的細胞內形成這種蛋白質後，可以將GFP的綠色螢光作為標記，追蹤蛋白質的動作。很多生命現象的研究由此取得迅速發展，比如癌細胞的擴散和轉移過程以及阿爾茨海默病患者的神經細胞是如何損壞的等。


下村也不是一開始就找準這種劃時代的研究的。他在獲得諾貝爾獎後接受採訪時曾表示：「剛開始只是出於探索精神和單純的好奇心，想弄清水晶水母這種生物發光的奧秘」。始於單純好奇心的研究後來成了在生命科學研究領域掀起革命的必備工具，這充分證明了

基礎研究

的重要性。


日本人與諾貝爾獎 下村侑：查明水母發光物質，讓蛋白質動作可見


演示發光實驗的下村侑


與美籍華人研究人員等共同獲獎


下村與為生命科學和醫學的

基礎研究

開發出革命性應用方法的馬丁·查爾菲和錢永健因「發現和開發了綠色螢光蛋白（GFP）」而共同獲得了2008年的諾貝爾化學獎。


共同獲獎者錢永健是1952年出生於美國紐約的美籍華人。其堂伯是被稱為「中國飛彈之父」的錢學森。錢永健從加州大學伯克利分校畢業後，又在英國劍橋大學獲得生理學博士學位，在應用研究領域取得了劃時代的成就，比如發現了綠色以外的其他顏色螢光蛋白也發光的技術。


共同獲獎者錢永健

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