聚焦2006诺贝尔科学奖：他描绘了一个复杂的“快速道”

        “谁获奖了？”

        “美国科学家罗杰·科恩伯格获得了诺贝尔化学奖。”

        由于正好处于十一长假，当《科学时报》记者在第一时间就诺贝尔化学奖采访相关领域的科学家时，他们首先都非常好奇地想知道究竟谁获奖了，于是无一例外地有了开头的那两句对白。

        对于10月4日瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布的2006年度诺贝尔化学奖获得者——科恩伯格，中国的科学家们表现得有些诧异，他们还以为科恩伯格“对真核转录的分子基础所做的研究”在多年前已经获过该奖了，科学家们的这个小误会是因为科恩伯格的研究很重要，他是首位在分子基础上展示真核转录过程是如何运行的科学家。

        “科恩伯格描绘了一个快速道的架构，而至于开什么车，在上面怎么跑，就是现在科学家们所做的研究工作了。”军事医学科学院副院长贺福初院士在接受《科学时报》专访时对科恩伯格的工作作了这个生动而有趣的比喻。

        架构一个生命的“快速道”

        生命科学发展的速度是如此之快，甚至吸引了很多化学家、物理学家都围绕生命科学展开研究。从近些年的评选活动可以看出，越来越多的有关生命科学的研究成果引起了诺贝尔奖评选委员会的关注。

        贺福初说：“染色体和生命过程息息相关，是一种高度复杂的物质结构，自然也是化学的研究对象。现代化学越来越多地融入了生命科学，科恩伯格的贡献在于用生物化学手段释义了生命原理—基因转录的一个片断。”

        遗传信息的转录和复制是地球上所有生物生存和发展必然经历的过程，科恩伯格制作了详细的电镜图片，以形容真核细胞转录的整个运转情况。在他的图片中可以看到转录酶是如何合成新的RNA，以及数个在转录过程中必需的其他分子的作用。这些图片是如此的详细，人们可以分清楚不同的原子，使人们清晰地理解转录机制和转录是如何被管理的。对于所有生命来说，转录都是必需的。

        北京大学蛋白质科学中心主任昌增益教授在接受《科学时报》记者采访时说：“罗杰·科恩伯格获奖是基于他的研究课题——真核转录的分子基础。他阐述了基因信息是如何从DNA被转录至信使RNA的。这种信使RNA将这些信息带出细胞核，这样它可以被用于指示构建蛋白质。”

        驶出不同方向的“研究列车”

        贺福初说：“关于真核细胞转录机制最漂亮的工作主要集中在上世纪80年代和90年代初期。科恩伯格的研究工作正是描绘了转录的基本机制，是一项非常基础的研究，然而，研究越是基础，其展示的未来空间越广阔。”

        瑞典皇家科学院在一份声明中指出，罗杰·科恩伯格的研究具有医学上的“基础性”作用，因为人类的多种疾病如癌症、心脏病等都与这一过程发生紊乱有关。理解这一过程有助于人们寻找治疗上述疾病的方法。”因此评审委员会认为，科恩伯格的研究成果有助于探寻治疗这些疾病的新方法，尤其对干细胞疗法的研究至关重要。

        昌增益说：“理解转录过程也有助于人们理解干细胞如何发展成不同的特定细胞。干细胞，特别是胚胎干细胞，能分化成不同种类的体细胞。科学家相信，将来可以利用人类胚胎干细胞修补人体受损的组织和器官，治疗多种疾病。”

        在生物学方面，真核细胞的转录可以用于对疾病的治疗。包括癌症都源于基因的改变，和真核细胞转录有关。比如，人类在DNA转录过程中容易出现紊乱、拼接错误。例如许多癌症都是转录出现错误造成的。有了真核细胞转录这个基础理论，可以弄明白这些病的起因。下一步就可以研究怎么治疗疾病。对于农业来说，可以对农作物进行遗传调控，提高产量或抗逆性。

        “如果我们想了解干细胞在医学上的全部潜力，理解转录过程是必需的一步。”瑞典皇家科学院如是说，“现在已经有许多疗法、许多药物处于开发、试验或者应用阶段，今后还会有更多……对人体健康的重大效益正在显现。”

        蛋白质组的国际竞争

        DNA上的遗传信息先转录成mRNA，在rRNA和tRNA的参与下，将信息再翻译成蛋白质。正是合成的蛋白质构建了生物、支撑着生物体的新陈代谢。科恩伯格让我们看清楚了转录过程。瑞典皇家科学院在一份声明中说，“如果转录过程停止，基因信息就不会被转移到机体的各个部位，生命体也将在数天内死亡。”

        在人类细胞的3万~3.5万个基因中，其中绝大部分是编码蛋白质。这也基本上就是能够转录和翻译的基因数量。所有这些基因的序列长度只占人类基因组序列总长度的2%左右，不能够转录的基因组序列被一些科学家戏称为“垃圾DNA”，但这很可能不代表它们是无用的，而是人类还不了解它们。

        昌增益说，“因此，目前生命科学研究最重要的工作之一就是研究那2％的基因组序列是如何转录、翻译也就是如何编码蛋白质的。根据世界科学发展趋势和我国重大战略需求，我国重点部署的四项重大科学研究计划之一就是蛋白质研究，目前正在进行项目招标。”

        对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用和动态变化的深入研究，将在分子、细胞和生物体等多个层次上全面揭示生命现象的本质，是后基因组时代的主要任务。同时，蛋白质科学研究成果将催生一系列新的生物技术，带动医药、农业和绿色产业的发展。因此，蛋白质科学是目前发达国家激烈争夺的生命科学制高点。

        “科恩伯格的父亲因揭示基因复制即DNA合成的分子机制获得了1959年的诺贝尔奖。47年后，他因揭示基因转录即RNA合成的分子机制而获得今年的诺贝尔奖。这无疑是难得的科苑佳话！我们也应看到，蛋白质作为主体构成了各级生物体系并支撑着生物体的新陈代谢、发挥着各组织器官独特的功能。正因如此，作为其集合、整体的蛋白质组正日益成为研究的焦点与前沿。人体不同组织、器官的基因组是相同的，不同的是所转录的RNA、进而翻译的蛋白质不同。我们现在集中精力了解的不同组织、器官的蛋白质组，就好比在这个跑道上行驶的不同车队。”贺福初说。 (责任编辑：泉水)

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