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【日本人与诺贝尔奖】下村侑:查明水母发光物质,让蛋白质动作可见

来源:生物谷 2019-12-09 15:20

高中时遭遇核爆

海中漂浮的水母根据种类的不同具有不同的发光功能,到水族馆就能看到水母在黑暗环境中发光的样子。水母是如何发光的呢?下村侑查清了这种机制,为生命科学和医学研究现场留下了革命性的成果,并因此而获得了诺贝尔化学奖。

下村出生于京都,由于父亲工作调动的原因,曾辗转居住于日本各地。高中时在长崎市遭遇了原子弹爆炸。因为是在战争期间,无法升入自己心仪的大学,下村便去了自家附近临时开办的长崎医科大学药学专业部(现长崎大学药学部)。

毕业后,他原本打算进入制药企业工作,但因为面试失败,只好留在大学研究室里做助手。后来成为名古屋大学理学部的平田义正教授的研究生,开始探索发蓝光的夜行性生物海萤的光源,不到一年时间就成功完成了发光物质的精炼和结晶,令周围人无比惊讶。

下村研究生毕业后继续回到长崎大学做助手,之后于1960年8月到美国普林斯顿大学留学。研究课题是调查形状宛若顶着一个碗的水晶水母的发光机制。3年后,下村以助教授的身份回到名古屋大学理学部,但研究并不顺利,于是2年后再次赴美,成为普林斯顿大学的高级研究员。之后进入伍兹霍尔海洋研究所,之后接连查明了发光生物的发光机制。


下村侑荣获2008年诺贝尔化学奖

查清水晶水母的发光机制

漂浮在海浪中的直径10-20厘米的水晶水母一边轻柔地移动,一边发出漂亮的绿色光。这种光是通过什么原理发出的呢?下村对发光物质很感兴趣,于是推进了研究。他首先研究了让水母停止发光的方法。

研究发现,钙离子是发光所必须的物质,另外他还成功地分离出了发光物质。这就是绿色荧光蛋白(GFP)。

GFP遇到紫外线后会单体发光,所以利用基因技术与其他蛋白质等融合的话,GFP的发光可以作为标记利用,能观察蛋白质等在体内的情况。由此可以确认细胞内的物质代谢以及蛋白质的移动和存在,能在活体状态下观察蛋白质和特定物质的动作。


获得少年时代生活过的长崎县佐世保市名誉市民称号


发光的水晶水母

追踪生命现象的划时代工具

生物体内存在几万种蛋白质,这些蛋白质支撑着生命现象。观察蛋白质的动作曾经非常困难。但下村的发现帮助确定了GFP的基因。接下来就可以利用基因重组技术将GFP作为其他想调查的蛋白质的“标记”利用。在动物和植物的细胞内形成这种蛋白质后,可以将GFP的绿色荧光作为标记,追踪蛋白质的动作。很多生命现象的研究由此取得迅速发展,比如癌细胞的扩散和转移过程以及阿尔茨海默病患者的神经细胞是如何损坏的等。

下村也不是一开始就找准这种划时代的研究的。他在获得诺贝尔奖后接受采访时曾表示:“刚开始只是出于探索精神和单纯的好奇心,想弄清水晶水母这种生物发光的奥秘”。始于单纯好奇心的研究后来成了在生命科学研究领域掀起革命的必备工具,这充分证明了基础研究的重要性。

日本人与诺贝尔奖 下村侑:查明水母发光物质,让蛋白质动作可见


演示发光实验的下村侑

与美籍华人研究人员等共同获奖

下村与为生命科学和医学的基础研究开发出革命性应用方法的马丁·查尔菲和钱永健因“发现和开发了绿色荧光蛋白(GFP)”而共同获得了2008年的诺贝尔化学奖。

共同获奖者钱永健是1952年出生于美国纽约的美籍华人。其堂伯是被称为“中国导弹之父”的钱学森。钱永健从加州大学伯克利分校毕业后,又在英国剑桥大学获得生理学博士学位,在应用研究领域取得了划时代的成就,比如发现了绿色以外的其他颜色荧光蛋白也发光的技术。


共同获奖者钱永健





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