諾貝爾生理學與醫學獎頒出，3個科學家發現了生物鐘的原理

天下 10-03

周一，諾貝爾生理學與醫學獎授予傑弗里?霍爾（Jeffrey C. Hall）、邁克爾?羅斯巴什（Michael Rosbash）和邁克爾?揚（Michael W. Young），表彰他們在控制人體晝夜節律的分子機制方面的發現。

周一，在斯德哥爾摩 2017 年諾貝爾生理學與醫學獎頒獎現場，大屏幕上顯示著獲獎者傑弗里?霍爾、邁克爾?羅斯巴什和邁克爾?揚的照片。圖片版權：Jonathan Nackstrand/Agence France-Presse — Getty Images

這三位科學家從果蠅體內分享出了一個可以控制生命體日間生活節律的基因。諾貝爾獎委員會說，霍爾、羅斯巴什和揚「窺到了我們生物鐘的內部機制，解釋了動植物和人類調整生物節律、和地球變化實現同步的原理。」

通過將果蠅作為模擬機體，今年的諾貝爾獎分離出了一個可以控制日間生理節律的基因。@NobelPrize

通過解釋果蠅身體內部的運作機制，三位科學家確定，他們所分析的基因控制了一種蛋白質的編碼，而這種蛋白質夜間會在細胞內積累起來，並在白天逐漸減少。

他們的研究為何重要？

經過數十年的研究，科學家確定了管理細胞內部節律的機制，並因此發現了基於同樣機制運作的人體和其他多細胞生命體內生物鐘的奧秘。

諾貝爾獎委員會成員指出：「我們體內的生物鐘會根據白天的不同階段，極其精確地調理我們的身體機能，它管理著行為、激素水平、睡眠、體溫和新陳代謝等關鍵功能。」

三位科學家研究的是果蠅，它體內一種叫「period」的基因似乎控制著它的晝夜節律，當改變了這種基因之後，果蠅的節律就消失了。

但「period」是什麼，它又如何起作用呢？這些問題可不只和果蠅有關係：包括人類在內的生命體都以 24 小時為一個周期的節律運作，它不僅控制著睡眠和失眠，而且還控制了一些基本生理機能，如血壓、心率、警覺性、體溫和反應時間。

1984 年，科學家分離出了「period」基因，發現細胞利用它合成的蛋白質會在夜間睡眠過程中不斷積累。到了白天，這種蛋白質就又隨著果蠅的醒睡周期逐漸減少。

科學家認為，在白天，這種被他們稱為 PER 的蛋白質就會阻止「period」基因發揮作用。由於 PER 蛋白質會在白天分解，因此下一個夜晚時，「period」基因恢復運作，指導 PER 蛋白質的合成。

這個控制 PER 蛋白質積累的系統還涉及到其他幾種蛋白質，其中包括一種附著在 PER 蛋白質上、幫助屏蔽「period」基因的蛋白質，以及減緩 PER 蛋白質合成過程的蛋白質。

科學家們對這一生物系統進行了進一步的探索，發現了它還有其他組成部分，尤其是其中某個部分會允許光線影響 24 小時的周期節律。

諾貝爾獎委員會說，他們的工作非常關鍵，因為人的生活方式和內部計時員控制的節律不一致，比如由於坐飛機跨越大西洋而倒時差，會影響人的健康，時間久了還可能導致各種疾病的發病風險升高。

獲獎者都是誰？

傑弗里?霍爾 1971 年在華盛頓大學獲得博士學位。1974 年，他到布蘭迪斯大學任教，現在是一位榮譽退休的生物學教授。

邁克爾?羅斯巴什 1970 年在麻省理工大學獲得博士學位。從 1974 年開始，他一直在布蘭迪斯大學任教，他現在在那裡擔任生物學教授，並且是神經科學榮譽教授。

邁克爾?揚 1975 年在德州大學奧斯汀分校獲得博士學位，他現在是紐約洛克菲勒大學基因學教授。

左起分別是羅斯巴什、揚和霍爾。圖片版權：Bill Sikes/Associated Press; Mario Morgado/The Rockefeller University, via Associated Press; Chinese University of Hong Kong

各方反應

「科學界很久以來都在猜測今年的諾貝爾獎會花落誰家。對於和我們的健康、和糖尿病、肥胖、癌症以及心血管等方面疾病緊密相關的晝夜節律領域來說，此次獲獎是一種極大的認可。」

——弗蘭克?希爾教授（Dr. Frank A.J.L. Scheer），哈佛醫學院醫學副教授，Brigham and Women』s Hospital 醫療時間生物學項目主任

「看到這個三人組的基礎性發現得到認可，真是太好了，這個諾貝爾獎他們當之無愧，這是一個遲來的榮譽。」

——詹姆斯?羅斯曼（James E. Rothman），耶魯大學分子生物學教授，他曾由於發現分子信息在人體細胞內外傳遞的機理而獲得了 2013 年的諾貝爾生理學和醫學獎

今年錯過諾貝爾獎的都有誰？

和以往一樣，還有其他突破性發現在角逐諾貝爾獎。其中包括 MD 安德森癌症中心（MD Anderson Cancer Center）的詹姆斯?阿利森博士（Dr. James P. Allison）、丹娜-法伯癌症研究院（Dana-Farber Cancer Institute）的戈登?弗里曼（Gordon J. Freeman）和哈佛醫學院（Harvard Medical School）的阿琳?夏普博士（Dr. Arlene Sharpe）所做的研究。他們發現了控制人體免疫系統對抗癌症的方法。

另一項參與角逐的研究是 Crispr，它是一種正在迅速改變醫學研究的基因編輯系統。它的發現者有 4 位科學家：加州大學伯克利分校的珍妮弗?多德娜（Jennifer A. Doudna）、柏林馬克斯普朗克感染生物學研究所（Max Planck Institute for Infection Biology）的埃曼努爾?夏彭蒂爾（Emmanuelle Charpentier）、布洛德研究所（Broad Institute）的張鋒，以及哈佛大學的喬治?徹奇（George Church）。

（他們幾位在高調爭論 Crispr 的專利權究竟屬於誰，在任何情況下，諾貝爾獎最多都只會頒給 3 位科學家。）

錯過今年諾貝爾獎的人還包括易使人患上癌症的基因的發現者，發現了會導致癌變的藥物的科學家，發現了蛋白質如何包裹 DNA 的科學家，以及在大腦成像方面取得重大進展的科學家。