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1、-近5年诺贝尔生理学或医学奖、化学奖总结-第 5 页1、2015年诺贝尔生理学或医学奖 由爱尔兰医学家威廉坎贝尔、日本科学家大村智（SatoshiOmura）、中国药学家屠呦呦分享。表彰他们在以上三人因发现治疗蛔虫寄生虫疾病治疗研究方面取得的成就。 屠呦呦多年从事中药和中西药结合研究，突出贡献是创制新型抗疟药青蒿素和双氢青蒿素，减少了疟疾患者的死亡率。美国德鲁大学寄生虫学家威廉坎贝尔和日本大村智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。 河盲症（也称盘尾丝虫病）因导致眼角膜慢性炎症最终会导致患者失明，淋巴丝虫病会
2、引起慢性水肿，导致终生残疾，典型症状表现为比如象皮肿（淋巴水肿）和阴囊鞘膜积液。疟疾是我们已知与人类共存时间最长的疾病，它是一种由单细胞寄生虫引发的蚊媒疾病，单细胞寄生虫侵入人类红细胞引起发烧，严重情况下造成脑损伤。大村智是日本的微生物学家，他专注于一个细菌群落生活在土壤中的霉菌，这种菌类会产生大量抗菌活性剂（包括1952年的诺贝尔奖获得者塞尔曼沃克斯曼发现的链霉素）。大村智教授用独特的技巧发展起大规模培养和表征这些细菌的方法，并从土壤样本中分离出新的链霉菌菌株，还成功地在实验室中将它们培养出来。从数千个不同的培养皿中，他选出大约50个最有希望的菌株，并进一步分析它们对付有害微生物的活性。威廉
3、坎贝尔在美国从事寄生虫生物学研究，他获得了大村智的链霉菌培养菌株并继续研究它们的功效。坎贝尔的工作表明，一个培养菌株中的成分可显著地防止家养农场动物受到寄生虫的感染。生物活性剂的纯化名称为阿维菌素，随后经化学改性将之发展成一种叫做伊维菌素的更有效的化合物。此后对伊维菌素在感染寄生虫患者中的人体测试结果显示，它可有效杀死寄生虫幼虫（微丝）。大村智和坎贝尔共同发现了这样一类新的具有超强疗效的抗寄生虫药物。疟疾的传统治法是使用奎宁，但是其治愈成功率在逐渐下降。上世纪60年代末，根除疟疾的大量努力都失败了，这种疾病的发病率有上升的趋势。在那个时候，中国的屠呦呦转向开发传统中药对抗疟疾的新疗法。她从大量
4、中草药中选取对抗疟疾感染，青蒿成为备选对象，但是结果却与预期的并不一致，屠呦呦重新开始查找古典医书，并发现了引导她成功从青蒿中提取活性成分的线索。屠呦呦首先证明了这种后来被称为“青蒿素”的成分能够高效治愈感染疟疾寄生虫的动物和人类。青蒿素代表了一类新型抗疟疾制剂，能够在发病初期快速杀死疟疾寄生虫，并展现了在治疗严重疟疾上前所未有的功效。阿维菌素、青蒿素保障全人类健康阿维菌素和青蒿素的发现，从根本上改变了寄生虫疾病的治疗方法。阿维菌素的衍生物伊维菌素在世界各地获得很好的使用，它能有效对抗各种寄生虫，不仅副作用有限，还免费在全球发放。伊维菌素改善了数以百万计的河盲症和淋巴丝虫病患者的健康状况，为世
5、界最贫困地区带来福祉。它的治疗效果如此巨大，以至于这类疾病已经濒临绝迹，这将是人类医学史上的一大壮举。此外，每年有近2亿人感染疟疾，青蒿素已经用于世界各个疟疾肆虐之地。当它被用于组合疗法时，估计降低疟疾总体死亡率20%以上，在儿童中的治愈率更是高达30%。仅在非洲，青蒿素就能每年挽救10多万个生命。阿维菌素和青蒿素革命性地治愈受到寄生虫疾病危害的大量患者，坎贝尔、大村智和屠呦呦彻底转变了治疗寄生虫疾病的方法，他们的科学成就对全人类的健康具有不可估量的影响力。2、2014年诺贝尔生理学或医学奖英国约翰奥基夫、挪威梅布莱特莫索尔和爱德华莫索尔奥基夫的实验：大鼠在一个箱子里自由活动，电极被埋置在大鼠
6、海马脑区，大鼠在活动中，每经过一个特定区域，一个海马神经元（位置细胞）就会开始发放动作电位，与此同时，记录神经元放电的设备闪烁灯光，并发出“呲呲”的放电声音。莫泽夫妇于2005年在海马脑区上游的“内嗅皮层”区域发现了“网格细胞”，当小鼠运动不同距离时，特定的神经元会被激活，当内嗅皮层上百万神经元放电情况累计后，小鼠就可以对自己的运动轨迹进行判断。从数学模型角度来说，个体定位自身位置有两个重要因素，一是方向，二是距离，因此，当这两个关键因素的细胞机制被揭示后，空间认知过程中最核心的问题也得到了解决。”莫泽夫妇又陆续发现嗅脑其他细胞能够同时判断距离和方向，以及环境的“边界”，而上述细胞与“位置细胞
7、”构成一条完整的回路。这一回路系统构成了一个复杂的定位体系，大脑内置“GPS”的运转机制被揭示。近期采用大脑成像技术研究以及对接受神经外科手术的患者进行的研究表明，位置细胞与网格细胞同样存在于人类大脑中。因此，对于大脑定位系统的了解或许会帮助我们理解某些疾病中空间记忆缺失的具体机制。3、2013年诺贝尔生理学或医学奖 美国詹姆斯E罗斯曼、美国、德国。生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子在合适的时间抵达合适的位置。一部分分子，如胰岛素，需要被转运出细胞之外，而其他分子则需要被在细胞内部进行运输。细胞内部产生的分子被包裹于囊泡之中，那么这些囊泡结构究竟是如何能确保运输的时间和地点正确性的呢？这
8、一点一直没有被理解。美国发现了一系列与细胞囊泡输运机制有关的基因；詹姆斯E罗斯曼发现了让这些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；则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”。在这项发现过程中，三位科学家揭示了细胞内输运体系的精细结构和控制机制。这一系统的失稳将导致有害结果，如神经系统疾病，糖尿病或免疫系统紊乱。4、2012年诺贝尔生理学或医学奖英国约翰格登、日本山中伸弥。以表彰他们在“体细胞重编程技术”领域做出的革命性贡献。所谓细胞核重编程即将成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学。约翰格登在1962
9、年发现，细胞的分化是可逆的。在一项经典的实验中，他将蛙的未成熟卵细胞的细胞核替换为成熟肠细胞的细胞核。这个修改过的细胞发育成了一只正常的蝌蚪。成熟细胞的DNA仍然包含发育为蛙体内所有细胞所需的全部信息。山中伸弥是诱导多功能干细胞（iPScell）创始人之一。2007年，他所在的研究团队通过对小鼠的实验，发现诱导人体表皮细胞使之具有胚胎干细胞活动特征的方法。此方法诱导出的干细胞可转变为心脏和神经细胞，为研究治疗目前多种心血管绝症提供了巨大助力。这一研究成果在全世界被广泛应用，因为其免除了使用人体胚胎提取干细胞的伦理道德制约。5、2011年诺贝尔生理学或医学奖 美国布鲁斯巴特勒、法国朱尔斯霍尔曼、
10、美国拉尔夫 斯坦曼。博伊特勒和霍夫曼所作贡献，是认定免疫系统中的“受体蛋白”，可确认微生物侵袭并激活先天免疫功能，构成人体免疫反应的第一步。斯坦曼所作贡献，是发现免疫系统中的“枝状细胞”（DC细胞）及其在适应性免疫反应、即以自身调控方式适应并清除体内微生物过程中的作用，构成免疫反应的后续步骤。1、2015年诺贝尔化学奖 瑞典：托马斯林达尔、美国：保罗莫德里、土耳其：阿齐兹桑贾尔三位科学家从分子水平上揭示了细胞如何修复损伤的DNA以及如何保护遗传信息，为我们了解活体细胞是如何工作提供了最基本的认识，有助于新癌症疗法的开发。托马斯林达尔发现，DNA并不像人们想象中的那样稳定，而是会在紫外线、自由基
11、及其他外部条件影响下发生损伤。但是，DNA的特殊性在于，它是细胞中唯一可以在受损后被修复的分子。正是由于一系列的分子机制持续监视DNA，并及时“修修补补”，我们体内的遗传物质才免于崩溃瓦解，生命体相的对稳定状态才得以维持。“修复”机制确保了维持生命存在的遗传物质DNA的稳定性，这一机制是维持生命体健康的根本。“可以说，托马斯首先发现了DNA损伤的现象以及修复的机制，都是生命最本质的科学问题。研究陆续发现，生命体的衰老、癌症和许多重大疾病都和基因组不稳定有关。在北京师范大学生命科学学院教授牛登科看来，深入研究DNA的损伤和修复机理对了解相关疾病的起源、降低某些遗传病的发病率、降低DNA的损伤率和
12、突变率至关重要。“未来，甚至有望为遗传病人进行定向的基因治疗。在应用方面，DNA修复还将有助于基因检查，可能突破对癌症的早期诊断和预防的难题。三位获奖者分别发现了三种不同DNA损伤的修复路径：碱基脱落、碱基错配以及嘧啶二聚体，并且最早发现了参与各损伤修复的酶。这三种路径的发现，奠定了当今DNA修复领域研究的基础。例如，除了DNA损伤和修复现象外，托马斯还发现了多种DNA碱基切除修复和核苷酸切除修复重要基因，及这些修复基因的缺陷与人类疾病包括“着色性干皮病”、系统性红斑狼疮等关联。这些成果打开了DNA修复研究领域的大门。2、2014年诺贝尔化学奖 美国：埃里克白兹格（Eric Betzig）、德
13、国：斯蒂芬黑尔（Stefan W. Hell）和美国：威廉莫尔纳（William E. Moerner） 获得者通过荧光分子突破性的工作将光学显微镜带进了纳米尺度。由于超越了0.2微米这个极限而被授予2014年的诺贝尔化学奖。由于他们的贡献，现在通过光学显微镜我们可以观察到纳米世界。通过纳米显微镜（nanoscopy），科学家们可以在细胞中观察到单个分子的运动。他们可以看到分子在脑的两个神经细胞之间如何产生突触；能够在导致帕金森病和亨廷顿舞蹈病的蛋白质聚集时观察它们，可以在受精卵分裂成胚时跟踪单个蛋白质的走向。 此次诺贝尔化学奖授予两项不同的工作： 斯蒂芬黑尔在2000年开发的STED显微镜技
14、术。这项技术同时使用两束激光，其中一束激发荧光分子发光，另外一束将除了一个纳米尺寸之外的荧光全部猝灭掉。这样，通过一个纳米一个纳米地扫描样品，我们可以获得分辨率高于阿贝极限的图像。 埃里克白兹格和威廉莫尔纳，他们各自独立地建立了单分子显微镜(single molecule microscopy)的基础（图4）。这项成果可以将单个分子的荧光打开或者关掉。科学家们对同一区域反复成像，每次只允许几个分散的分子发光。将这些图像叠加就获得了分辨率达到纳米尺度的图像。3、2013年诺贝尔化学奖 美国三位科学家：马丁卡普拉斯、迈克尔莱维特和阿里耶瓦谢勒。 这三位科学家结合经典和量子物理学，设计出多尺度复杂化
15、学系统模型，将传统的化学实验搬到了反映真实情况、了解和预测化学反应过程的计算机程序。这一完美结合现实与理论的化学系统模型，为更全面了解并预测化学反应进程奠定了基础。利用计算机对真实生命进行模拟，让复杂化学过程中肉眼不可见的每一个细微步骤都“历历在目”， 这一有助于对催化剂、药物和太阳能电池进行优化的过程，已成为当今化学领域中大部分新研究成果成功的关键因素。经典物理学和量子化学是两个完全不同的世界，而3位诺贝尔化学奖得主所做的，就是在这两个世界之间打开了一扇门。卡普拉斯的研究小组开发的计算机程序，可以在量子物理学的帮助下模拟化学反应。他还开发了用于核磁共振(NMR)的“卡普拉斯方程”，这种基于分
16、子的量子化学性质的方法是化学家们众所周知的。1970年，在以色列魏茨曼科学研究所获得博士学位的瓦谢勒带着他的经典计算机程序进入了卡普拉斯的实验室。以此为出发点，瓦谢勒和卡普拉斯开始开发一种能够对不同电子执行各种计算的新程序。卡普拉斯和瓦谢勒从一种结构更为简单的类似分子入手，成功完成了对视网膜的建模。他们开发出一种计算机程序，在执行自由电子计算时引入量子物理学理论，而当执行所有其他电子和原子核计算时，则采用更简单的经典理论。瓦谢勒和莱维特需要让经典物理学和量子物理学的合作更顺畅。1976年，他们成功开发出第一个酶促反应的计算机模型。这个程序是革命性的，因为它适用于任何种类的分子，帮助对各种分子甚
17、至是真正的大生物分子建模。当模拟化学反应时，尺寸再也不是问题了。4、2012年诺贝尔化学奖 美国：Robert J. Lefkowitz 与 Brian K. Kobilka。获奖理由：G蛋白偶联受体上的成就。肾上腺素受体的发现，使他们意识到存在一个受体家族，它们彼此结构类似，而且以相同的方式产生功能。今天这个蛋白家族被称为G蛋白偶联受体，大约1000个基因为这些受体编码；这些受体涵盖了光线、嗅觉、味觉、肾上腺素、组胺、多巴胺还有五羟色胺等多个领域。所有药物里大约一半是通过G蛋白偶联受体发挥作用的。 Lefkowitz and Kobilka 的研究对于理解G蛋白偶联受体发挥作用的方式至关重要
18、。特别是2011年，Kobilka又取得了另一项重大突破：他和他的研究组捕捉到了-肾上腺素受体被激素激活、向细胞发送信号的那一瞬间的景象。这幅图片本身就是分子尺度的大师之作是数十年研究的结晶。5、2011年诺贝尔化学奖以色列科学家Daniel Shechtman获奖，获奖理由是“发现准晶体”。1982年4月8日的早晨，一幅违反自然规律的画面出现在Daniel Shechtman的电子显微镜下。人们一直以为，在所有固体物质中，原子都以周期性不断重复的对称模式排列构成晶体。这种重复的结构是形成晶体所必须的。而Shechtman得到的画面显示，在他的晶体里，原子并没有以简单重复的模式排列。科学家们描述Shechtman的准晶时用到了一个来自数学和艺术中的概念：黄金分割。