生物化学与分子生物学领域重大发现发明与现代医学的发展

      沿着时间的坐标,追踪科学大师的足迹,回眸半个多世纪以来生物化学与分子生物学领域一幕幕重大发现发明的场景与历程,勿庸置疑,现代医学的每一次历史性突破都与此密切相关。作为一名医学院校当代的本科大学生肩负着振兴现代中国医学未来的重任,看到下面所列内容,你在想什么,今后该如何面对生物化学与分子生物学知识的学习,内心有没有一种渴望,渴望着…………,我想你可能已经有了明确的答案。

      另外,我们要求授课教师,在生物化学与分子生物学课程的精细化教学过程中,要尽可能多地穿插引用下述科学大师们在求索科学真理过程中的感人故事或事例,以进一步增强生物化学与分子生物学课程的人文内涵,提高学生学习本课程的积极性。在此,我们也十分欢迎其他院校有兴趣的师生在生物化学与分子生物学课程的教与学中利用这些资料,以实现这些资源的最大化共享,共同参与精品课程建设。我们的联系方式是,Email:nmli@stu.edu.cn,电话:88900413


 

背景资料:

       1952年,美国化学家鲍林发表了关于DNA三链模型的研究报告,这种模式被称为α螺旋。

        沃森与威尔金斯、弗兰克林等人一起讨论鲍林模型。沃森看到弗兰克林一年前拍摄的DNA结构的X射线衍射照片后受到启发,认定DNA应该是双链结构。沃森和克里克循着这个思路深入研究探讨,终于在1953年3月7日,将美丽无比的DNA双螺旋结构模型搭建成功,正确地反映出DNA分子的空间结构。这是一个无比伟大的时刻。从此生物医学研究从细胞生物学阶段挺进到了分子生物学阶段。

        威尔金斯被为DNA双螺旋结构发现的第三人,而弗兰克林则是DNA双螺旋结构发现的真正的“幕后英雄”。


背景资料:

        桑格尔(Sanger),曾在剑桥大学学习化学,1954年当选为英国皇家学会会员(37岁)。

        在上世纪50年代以前, 桑格主要研究蛋白质的结构。经过多年的研究,找到一种试剂,名为2,4二硝基氟化苯(桑格试剂),用以测定胰岛素的分子结构,获得成功。因此荣获1958年诺贝尔化学奖。

       上世纪60年代后,桑格的工作转向RNA和DNA的结构分析。他利用酶的生物活性,正确地确定了RNA和DNA的排列顺序,发展了脱氧核糖核酸的精确快速分析法。因此与两位美国科学家W.吉尔伯特和P.伯格共享了1980年诺贝尔化学奖。


背景资料:

       在此之前,生物医学界一直认为在生物体中发挥酶作用的分子的本质只能是蛋白质。

       奥尔特曼和切赫的研究结果表明,核糖核酸(RNA)自身具有酶催化功能。

       奥尔特曼和切赫的研究成果引起了科学界的强烈反响,改变了生物学的基本信条,促进了80年代RNA研究的迅速进展,对了解地球上的生命起源和发展具有深远的影响。


背景资料:

      1983年4月的一天晚上穆利斯驱车前往北加利福尼亚红树县(Red wood country),汽车在一条被月光笼罩的山路上向前行进。在这种极特殊的场景下穆利斯成功构思了PCR反应方案。

       后来,穆利斯把这一方案卖给了Roche公司,而自己则营利1万美元。

       利用PCR技术可以从极其微量的DNA样品中快速生产大量的相同的DNA分子拷贝。这使分子生物学和基因工程研究从此变得极其方便。


背景资料:

       在此之前,人们一直认为基因是DNA分子上的一个连续编码的片段。

       R.J.罗伯茨等人的研究结果表明,一个基因的编码序列在结构上可以是断裂的,并在转录加工过程中相互拼接在一起。据此他们推断,包括人在内,高等生物的基因结构是跳变的。

       这一发现彻底改变了人们以往的传统概念,对生物医学研究具有根本意义。


背景资料:

        在此之前,在细胞信息传递中,人们只清楚细胞膜受体和细胞内酶这两个相对独立的环节。

        A.G.吉尔曼和M.罗德贝尔等人研究发现了G蛋白,并提出了G蛋白细胞信号转导理论。

        G蛋白细胞信号转导理论使人们对糖尿病和恶性肿瘤等许多疾病的发病机制有了更加深入的理解。


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        一氧化氮是一种简单的气体分子,以往被认定为空气污染物。

        发现一氧化氮具有扩张血管的功能令人惊奇。

        令人惊奇的是,后来研究证明一氧化氮还是一种新型的神经递质和免疫毒分子。这对于在辨证逻辑指导下,拓展人们的研究思维空间有着十分重要的意义。


 

背景资料:

       五十年代末期,卡尔松首先研究发现多巴胺是哺乳动物脑中的一种神经递质。 

       多巴胺与去甲肾上腺素在脑中存在的部位不同,主要存在于控制运动有关的基底交感神经节中。

       卡尔松做了一系列的实验,这些实验为成功治疗帕金森氏病奠定了科学基础。通过给动物注射药物利血平,卡尔松清除了动物脑中的多巴胺储存,从而制造了帕金森氏病症状,主要是肌肉僵硬、运动不能。


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       利兰•哈特韦尔(Leland H Hartwell)发现了大量的控制细胞周期的基因,其中一种被称为“START”的基因对控制细胞周期最初阶段具有决定性的作用。

       保罗•纳斯(Sir Paul Nurse)的贡献是,在哈特韦尔的基础上,发现了调节细胞周期的一种关键物质细胞周期蛋白依赖激酶CDK。CDK是通过对其他蛋白质的磷酸化作用来驱动细胞周期的。

       蒂莫西•亨特(Tim Hunt)的贡献则是首次发现了调节CDK功能的细胞周期蛋白CYCLIN。


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       罗伯特•霍维茨的科学贡献在于研究发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因,并且描绘了这些基因的特征。另外,他还研究揭示了这些基因在细胞死亡过程中是如何相互作用的,以及证实了人体内也存在相应的基因。

       悉尼•布雷内的科学贡献在于首先选择线虫这种新颖的生物作为基因分析实验模型,使得能够通过显微镜技术追踪基因在细胞的分裂、分化以及器官的发育中的变化特征。

       约翰•苏尔斯顿的科学贡献在于找到了可以对细胞每一个分裂和分化过程进行跟踪的细胞图谱。


背景资料:

      保罗•劳特布尔和彼得•曼斯菲尔德两人均是物理学博士。

      他们在如何用核磁共振技术拍摄不同结构的图像上获得了关键性发现,为核磁共振成像技术从理论到应用奠定了基础。

      这些发现最终导致核磁共振成像仪的诞生,为疾病的临床诊断和医学研究带来了实质性突破。


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      理查德-阿克塞尔(Richard Axel )生于纽约,是生物化学与分子生物学方面的教授,并任美国哥伦比亚大学内外科病理学教授。1967年,理查德-阿克塞尔在美国哥伦比亚大学获得学士学位后,又在美国约翰霍普金斯大学医学院获得硕士学位。1970年在该学院获得医学博士学位。1978年任美国哥伦比亚大学教授。1983年成为美国国家科学院院士。1984年在哈佛大学医学研究所任研究员。

      阿克塞尔曾经获得过美国和国际科学界的多项殊荣,例如生物化学方面的礼来奖,国家科学院的理查德•劳恩斯贝利奖等。另外,阿克塞尔还因为在神经系统研究方面的杰出成就获得了百时美施贵宝奖,以及盖尔德纳国际基金等。阿克塞尔实验室的主要研究内容是感觉信息在大脑中的表现。嗅觉神经细胞怎样在保持空间位置不变的情况下将一个特定的受体目标传递给大脑,并为嗅觉信息绘制图表。

       理查德-阿克塞尔博士还是美国艺术与科学研究院院士。

       琳达-巴克(Linda B Buck)生于西雅图市,是西雅图弗雷德•哈钦森癌症研究中心基础科学部成员以及华盛顿大学生理学和生物物理学教授。巴克在华盛顿大学获学士学位,1980年在德克萨斯大学获得博士学位。并在哥伦比亚大学完成博士后的研究。1984年至1992年在哈佛大学医学研究所任研究员。

        2002年开始巴克任哈钦森癌症研究中心研究员。

      巴克因在基础研究方面的杰出研究曾获得路易斯•罗森斯代尔奖,联合利华科学奖,Perl/UNC神经系统科学奖和盖尔德纳国际基金等多项科学大奖。巴克实验室主要研究气味和信息素怎样被鼻子首先发觉,然后再被大脑转化成不同的感觉和行为。除此以外,巴克和同事们还致力于引起衰老和决定寿命长短机能的研究。

        2003年起巴克为美国国家科学院院士。


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       巴里•马歇尔和罗宾•沃伦在1982年就发现并研究证明幽门螺杆菌细菌感染胃部会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。因此,他们的研究发现是先驱性的。

       这一成果打破了当时流行的医学教条,并最终帮助两位科学家赢取了最高尚的科学荣誉。

       因为他们二人的发现,使胃溃疡从原先人们眼中的慢性病,变成了一种采用短疗程的抗生素和酸分泌抑制剂就可以治愈的疾病。


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       罗杰-科恩伯格(R.Kornberg)是美国科学家。

       科恩伯格揭示了真核细胞如何利用基因内储存的信息生产蛋白质,而理解这一点具有医学上的 “基础性”作用,因为人类的多种疾病如癌症与心脏病等都与这一过程发生紊乱有关。


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       法尔和梅洛以RNA干扰机制为研究课题,以遗传学为切入点,研究成果在医学领域有突出的现实意义。 

       虽奖项名目既涉及生理学,也涉及医学,但针对2006年度两位获奖者及其成果,欧美媒体无不把2006年这一奖项称为诺贝尔医学奖。


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       10月10日恰好是埃特尔71岁生日。在评委会成员简要介绍了其获奖成果后,瑞典皇家科学院常任秘书贡诺•厄奎斯特当场拨通了埃特尔的电话,第一时间告知这一好消息,并送上生日祝福。埃特尔非常高兴地说,这是一份特殊的“生日大礼”。本来很庄严的发布会现场气氛也顿时活跃起来。

       记者问埃特尔,获得诺贝尔奖会给他的生活带来何种改变,他表示,希望能如获奖前一样继续从事他的研究工作。


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      卡佩奇出生于意大利,现在是美国公民,1967年在哈佛大学获得生物物理学博士学位,除了在霍华德•休斯医学研究所工作外,还担任犹他大学人类遗传学和生物学教授,因在“基因打靶”技术的研究上做出了开创性工作而成名。

       史密西斯出生在英国,目前也是美国公民,现在是美国北卡罗来纳大学的病理学教授,开始主要进行胰岛素方面的研究,后转入分子生物学领域,在差不多60岁时,开发出了可关闭活体内特定基因的技术。史密西斯和卡佩奇几乎同时对“基因打靶”技术做出了奠基性贡献,这一技术使得科学家能培育出拥有特定变异基因的小鼠。

      埃文斯,英国人,1963年从剑桥大学毕业,如今在英国加的夫大学担任动物遗传学教授,同时还兼任生命科学学院的院长。1963年从剑桥大学毕业后,进入伦敦大学学习,获得解剖学和胚胎学博士学位。1978年,返回剑桥大学,3年后,和同事一起从小鼠胚胎中第一次成功分离出未分化的胚胎干细胞。这为基因打靶技术提供了施展本领的空间。


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 背景资料:

      哈拉尔德·楚尔·豪森,德国埃朗根-纽伦堡大学病毒学教授。1936年出生于德国,现任职于德国癌症研究中心。他用了十多年时间终于发现某些类型的HPV就是宫颈癌的病原体,这一发现为开发出宫颈癌疫苗打下了基础。因发现了导致宫颈癌病毒,2008年获得诺贝尔生理学或医学奖。

弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西,法国人,出生于1947年,自上世纪70年代初以来一直在法国巴斯德研究中心工作。巴尔-西诺西是近年来少有的诺贝尔科学奖女性获得者之一,以研究艾滋病病毒而闻名,是1983年发现艾滋病病毒的论文作者之一。

吕克-蒙塔尼是法国著名的病毒学家,艾滋病病毒的发现者之一,1932年出生在法国,他是巴黎大学的病毒学教授,是法国巴黎艾滋研究和预防世界基金会的荣誉教授和主管。他在艾滋病的研究和防控领域取得了巨大成就。


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伊丽莎白-布莱克本拥有美国和澳大利亚双重国籍,她1948年生于澳大利亚,布莱克本从小就对生物感兴趣,甚至唱歌给动物听。伊丽莎白·布莱克本因学术成就卓著曾被美国《时代》周刊评为年度全球最具影响力的100个人物之一。

卡罗尔-格雷德是美国人,1961年出生在圣地亚哥,美国分子生物学家,现任约翰·霍普金斯大学分子生物学与遗传学系教授。

杰克-绍斯塔克,美国人。1952年生于伦敦,是马萨诸塞综合医院遗传学教授,并同时任职于美国霍华德·休斯医学研究所。


 

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    罗伯特·爱德华兹,英国生理学家,被誉为试管婴儿之父 他的研究曾使400万人得以降生。位于瑞典首都斯德哥尔摩卡罗琳医学院的诺贝尔大会称,他的贡献代表了现代医学发展的里程碑。”“他的成就使治疗不育症成为可能,不育症折磨着包括全世界10%以上夫妇在内的庞大人群。


 

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布鲁斯·博伊特勒,1957年出生于伊利诺伊州芝加哥美国免疫学家和遗传学家。在他童年和少年时期,他就对生物学产生了浓厚的兴趣。后来,在大野干的实验室(以基因研究而闻名)工作。此外,他也在亚伯拉罕·布劳德(研究脂多糖、内毒素和单纯疱疹病毒的生物学专家)的实验室工作。后来,他深入涉及脂多糖和疱疹病毒领域,致力于对先天免疫系统进行研究。

朱尔斯·霍夫曼,1941年生于卢森堡,1970年取得法国国籍。身为斯特拉斯堡大学教授,生物学家朱尔斯·霍夫曼将主要精力奉献给遗传机理和昆虫的先天免疫效应分子的研究,由此而成为享誉世界的专家。2007年至2008年担任法国国家科学院院长,同时还是美国国家科学院、德国国家科学院和俄罗斯国家科学院院士。

拉尔夫·斯坦曼,1943年1月14日生于加拿大蒙特利尔,生物学家。他的主要成就是发现树突状细胞,这是影响免疫的关键调节器。


 

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山中伸弥,1962年出生于日本大阪府,日本医学家,毕业于大阪市立大学。现任京都大学IPS细胞研究所所长,美国加利福尼亚州旧金山心血管疾病研究所高级研究员。

约翰·伯特兰·格登,1933年10月2日出生,英国发育生物学家。他主要以在细胞核移植与克隆方面的先驱性研究而知名。他首次通过实验证实了已分化细胞的基因组的可通核移植技术将其重新转化为具有多能性的细胞。


 

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兰迪-W.谢克,1948年生于美国明尼苏达州圣保罗市他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,1950113日出生于美国马萨诸塞州。他发现了让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,1955年出生,德国生物化学家,以研究突触传递知名。他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”。


 

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      约翰-欧基夫出生于纽约,他最重要的发现是位置细胞,他系统分析了环境因素对海马神经元电活动的影响

       梅-布莱特、爱德华-莫索尔夫妇是挪威的心理学家,神经生物学家。他们建立了记忆生物学研究中心(CBM)和卡维里研究所。并且他们率先在过去的十年中开展脑定位机制的研究。他们识别出另外一种神经细胞,他们将其称之为“网格细胞”,这些细胞产生一种坐标体系,从而让精确定位与路径搜寻成为可能。他们的研究揭示了位置细胞以及网格细胞是如何让定位与导航成为可能的。


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     屠呦呦中国药学家,她发现了青蒿素,这种药品可以有效降低疟疾患者的死亡率。屠呦呦是第一位获得诺贝尔科学奖项的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家。是中国医学界迄今为止获得的最高奖项,也是中医药成果获得的最高奖项。

     美国德鲁大学寄生虫学家William C. Campbell和日本Satoshi omura教授共同发现了一种新药——阿维菌素,其衍生物有效地降低了河盲症和淋巴丝虫病的几率,在对其他寄生虫疾病的治疗中也显示出较好的疗效。