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8个诺贝尔生理医学奖重大成就


2020-06-05


8个诺贝尔生理医学奖重大成就

2013年诺贝尔生理或医学奖正式公布,詹姆斯罗斯曼(James E. Rothman)、兰迪谢克曼(Randy C. Schekman)与汤马斯居德霍夫(Thomas C. Südhof)以研究细胞内的运输系统「囊泡」(Vesicle)的运作得奖。将囊泡想像成你每天上班上学会用到的交通工具,就可明了其重要性。那诺贝尔生理医学奖从1901年第一届以来,还有什幺重要的研究成果?我们以得奖年代排列逐一介绍。

2013AD 细胞囊泡交通系统

今日人类每天最关心话题大概不脱天气与交通,原因无他,出门上班上学郊游远足都扯得上关係,尤其交通问题关係到人员与货物能否送达、能否準时送达,如果快递搞错地址把台北市永康街看成台南市永康区,收信人就只能气得乾瞪眼了。因此2013年生理医学奖之所以重要,在于三位得主分别在1970年代到1990年代研究囊泡如何扮演了细胞中的运输系统,它的运作方式为何。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就细胞里面很热闹,其中编号4就是囊泡,负责一些体型较大分子的运输工作。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

荷尔蒙、酵素、神经传导物质等分子透过囊泡将他们运送到正确需要的地点,如果「货」到不了就会生病,例如胰岛素没有正确传递可能造成糖尿病,其他像阿兹海默症、癌症、免疫疾病、精神疾病等都有关係。

2012AD 诱导式多能性干细胞

干细胞研究是人类未来医学的希望所在:自体干细胞没有排斥的问题,再生器官与组织解决器官捐赠与黑市交易问题,直接用培养出来的人体组织实验,可替代部份动物实验等。过往为了取得干细胞,科学家从干细胞数量最多的胚胎入手,但引发「杀人」的道德争议。1958年英国科学家约翰戈登(John Gurdon)将已经分化完毕的青蛙小肠上皮细胞核植入到无核的卵子中,一样生出了完整的蝌蚪,证明了即使是一般体细胞也可以具有干细胞的功能。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就以简单的概念说明当肺部受损,先将体细胞诱导成iPS,培养成可移植的器官,再植入体内。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

2006年京都大学教授山中伸弥则延续这个脉络,透过四个基因让将一般体细胞变成诱导式多能性干细胞(iPS),让戈登的研究有了一个可以人为操控的科学过程,他们两人于2012年同获生理与医学奖。从2006年到现在,许多科学家在山中伸弥的研究基础上又有许多突破,不管是新的发现也好,让山中的做法变得更好也好,都标示着iPS会是一条极具前景的道路。

2010AD 体外受精

2010年英国生理学家罗伯特爱德华兹(Robert Edwards)因体外受精技术获奖。体外受精经历许多精密的过程,包括监控女性生殖週期、取出卵子、在实验室中受精、植入受精卵至子宫等过程。1978年在英国出生的 Louise Brown 是世界上第一位试管婴儿。

体外受精本身就是一项具挑战性的技术,而对许多面临不孕的家庭来说,体外受精不啻是在沮丧失意后带来希望,对于人心的鼓舞与正面的影响,是无法用量化数字来表达的。

1983AD 转座子

你一定知道人类已经完全解开自身的基因图谱,并且开启了大量有关基因与遗传的研究。你可能知道基因有不同的组合,但每个人表达单眼皮或双眼皮的基因都在染色体上的固定位置。不过你可能不知道,还有一些如奥客般的 DNA 序列,它们会自行複製或乾脆亲自出马,从染色体的某个基因座(可类比为有门牌号码的房子)转移到另一个,它们叫做「转座子」(Transposable Element)。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就
(Photo Credit: Office of Biological and Environmental Research of the U.S. Department of Energy Office of Science)

正因为这种特性,因此无论转座子的来到或离开,都对原来的基因组造成困扰(想像一下流浪汉冲进你家住几天又离开,对你的生活作息与环境品质的影响),它可能因此造成基因变异让你生病,但也可能造成生物多样性(这是好处,比方说看着呼呼大睡的流浪汉,让你发现你其实过着很孤独的生活,没有人陪),可以想见转座子的发现对基因与遗传的研究造成的影响,而发现转座子的美国科学家芭芭拉麦克林托克(Barbara McClintock)因此独得1983年的生理医学奖,她也是诺贝尔奖史上极少数女性得主之一。

事实上,现在很多科学家就利用转座子的特性进行科学实验,看原有基因会有什幺样的表现。这种作法不禁联想起日本的整人节目。

1962AD 双股螺旋体

1962年的生理医学奖基于「发现核酸的分子结构及其做为生物体内讯息传递的重要意义」,颁给了詹姆斯华生(James Watson)、法兰西斯克里克(Francis Crick)与莫里斯威金斯(Maurice Wilkins),他们发现去氧核醣核酸、也就是我们熟知的 DNA 的结构,他们的发现对于人类遗传的研究开启了崭新的领域,对疾病的预防与治疗、解决能源或粮食短缺等问题带来莫大的影响。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就
(Photo Credit: Wikimedia Commons)

其实功劳不止这三位,Rosalind Franklin 以结晶学诠释 DNA 结构也有贡献,只不过他于1958年过世,而诺贝尔奖的惯例是只颁给活人。另外像 Alex Stokes、Herbert Wilson、Erwin Chargaff 与 Oswald Avery 也都是有贡献但没有获奖者。

1952AD 结核病疗法

赛尔曼瓦克斯曼(Selman Waksman)因为1944年发现了第一个治疗肺结核的抗生素「链霉素」(streptomycin),获得1952年的生理医学奖。肺结核是很古老的疾病,考古学目前发现最早的结核病患者距今约17000年前。1921年卡迈特(Albert Calmette)与介岚(Camille Guérin)完成卡介苗,它是透过无毒性的结核桿菌製成,让人体因为很轻微的感染过后产生相对应的抗体,不过卡介苗一直存在各地效果不一的情况,且比较适合用在对新生儿的相关疾病,而不适用在控制结核病的病情。

1952的生理医学奖还有一个插曲,就是链霉素的共同发现者 Albert Schatz 并没有获奖,因此他提起了诉讼,最后结果是和解,Schatz 获得专利权方面的保障,但并没有被追认为诺贝尔奖得主。

1945AD 盘尼西林

1928年伦敦大学圣玛莉医学院细菌学教授亚历山大弗莱明(Alexander Fleming)发现医学上第一个天然生成的抗生素:青霉素(Penicillin),音译为盘尼西林。1938年英国恩斯特伯里斯钱恩(Ernst Boris Chain) 与澳洲霍华佛洛里爵士(Sir Howard Walter Florey)团队提炼出青霉素,三人共同于1945年穫奖。颂词虽然简单只有「发现青霉素及它对各种传染疾病的疗效」,但今日的我们都知道,抗生素的出现是如何改变人类的历史还有我们每一个人的健康,很多遭到细菌感染的疾病,如今都是用抗生素治癒,人类甚至因此进入「过度使用抗生素」时期,为求保险滥吃抗生素,结果反而可能造成生病没药医。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就
弗莱明纪念邮票。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

而这一切的源头其实是巧合。弗莱明原本要写论文,因此培养了许多金黄色葡萄球菌,不过在不知情的情形下,培养皿遭到污染,一个霉菌孢子掉了进去。弗莱明接着休了一个月的长假,回到实验室后,发现长满细菌的培养皿里还有一块青霉菌,特别的是周围一圈却没有细菌,于是他知道青霉菌可以杀(细)菌,开启了医药史一页辉煌的年代。

1901AD 白喉与破伤风血清疗法

1901年第一届诺贝尔生理医学奖颁赠给德国科学家埃米尔·阿道夫·冯·贝林(Emil von Behring, 1854-1917),他首先发展出白喉桿菌抗毒素,并与北里柴三郎共同藉由注射血清的方式治疗白喉与破伤风。白喉曾经是严重威胁人类生命健康的疾病之一,在贝林的年代小孩子不是死于战争就是死于白喉。1920年代美国一年有10到20万患者,死亡人数约13000到15000人。

8个诺贝尔生理医学奖重大成就
1962年英国一张白喉卫教海报。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

诺贝尔委员会对贝林的颂词为「打开了医学科技与疗法的新道路,让医师手上有了对抗疾病与死亡的胜利武器」。美国自1950年代起开始利用疫苗对抗白喉,台湾自1955年开始针对新生儿接种「白喉、百日咳与破伤风」三合一疫苗,1980年代后已经没有白喉病例发生,而自起,改接种增加了「小儿麻痺症」与「b型嗜血桿菌」的五合一疫苗。

(Opening Photo Credit: Nobel Prize)

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转座元件
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Emil Adolf von Behring
DPT vaccine



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