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三位科学家分享2015年诺贝尔化学奖

解密细胞如何修复DNA

  本报杭州10月7日讯 (记者 曾福泉 通讯员 周炜) 也许近年来层出不穷的化妆品广告已经使许多人对“DNA修复”这个词耳熟能详,然而,相比商业宣传中的滥用,科学家们严谨地揭示这个名词真正的内涵:与几乎所有生物一样,我们体细胞内的DNA每时每刻都在遭受损伤、发生错误,这意味着遗传信息处在巨大危险之中;如果没有DNA修复机制,地球上将不可能有生命存在。

  在解密DNA修复机制领域作出先驱性贡献的探索者们如今摘取了科学的最高桂冠。瑞典皇家科学院7日晚间宣布,瑞典科学家托马斯·林达尔(Tomas Lindahl)、美国科学家保罗·莫德里克(Paul Modrich)和拥有美国、土耳其国籍的科学家阿齐兹·桑贾尔(Aziz Sancar)共同获得2015年诺贝尔化学奖,自20世纪70年代以来,他们在分子层面阐释了多种DNA修复机制,向人类展示了细胞的“工具箱”里那种种此前从未为人所知的奇妙工具——它们被用来确保生命的化学稳定。

  沿着这3位获奖者开辟的道路,世界各国的科学家们发现了DNA修复机制越来越多的秘密。国家杰出青年科学基金获得者、浙江大学生命科学研究院黄俊教授就在这一领域取得了一系列成果。记者7日采访了黄俊,解读获奖者的卓越工作。

  人们在上世纪50年代描画出了DNA的结构,但是那时科学界认为DNA是一种极其稳定的分子。20世纪70年代早期,托马斯·林达尔率先发现,DNA分子会随时间发生改变,且频率很快。

  “我们受到的紫外线辐射、环境污染带来的外来物质等,都会对我们的DNA造成损伤。即便没有外来因素侵袭,DNA分子本身也会每天都发生自发变化。”黄俊分析说,“细胞分裂时DNA的复制也会产生错误,而每天人体里这样的过程都会发生几百万次。”

  DNA是生命大厦的基石,若听任其成为流沙,则一切生命演化现象都将土崩瓦解。林达尔认为,肯定存在着一种机制,阻止这块基石的“风化”。在此后的研究中,林达尔找到了“碱基切除修复”——这一概念如今已是教科书中的必修内容——细胞中存在着一类蛋白质,寻找碱基错误,将其从DNA链上切掉,从而修复它。

  黄俊说,林达尔发现了细胞用来修复DNA的一种办法,实际上,内容丰富的“工具箱”赋予细胞许许多多的手段,来应对种种难题。如果说林达尔发现了一个扳手,那么阿齐兹·桑贾尔就是找到了一个钳子,保罗·莫德里克则又发现一把螺丝刀……

  桑贾尔的发现揭示了细胞如何应对紫外线对DNA带来的伤害,即将一小段被紫外线损伤的核苷酸切除,切除的范围要比单个碱基更大。

  莫德里克则发现细胞如何修正在细胞分裂过程中可能发生的DNA复制错误。双螺旋结构的DNA在复制时拆成两条,各自作为模板形成新的双螺旋结构,莫德里奇指出,细胞通过标记DNA链条,让自己知道哪条是旧有的、哪条是新产生的,从而以旧的为“标准答案”,去修正新产生的链条上不匹配的地方,这就是“DNA错配修复”。

  这些只是人类对自己细胞拥有的“工具箱”获得的惊鸿一瞥,但3位科学家的工作为后来者开辟了道路、打下了基础。黄俊表示,几十年前的科研设备和技术手段不可与今天同日而语,这些先驱者的成果凝聚着天才的创见和辛勤的汗水,“获奖是实至名归的”。

  更为重要的是,对DNA修复机制的研究直接导向对于一系列疾病的新认识,还可能成为许多拯救生命的药物的来源。正如莫德里奇所说:“这正是基于好奇心的研究为何如此重要,你永远不知道它将引领你抵达何处。”

  黄俊说,DNA的损伤如果得不到修复而逐渐累积,就会使细胞凋亡或转型成癌细胞,DNA修复机制异常还会带来遗传性疾病。比如桑贾尔发现的核苷酸切除修复,有些人的该机制有天生缺陷,因此一旦暴露在阳光下就会得皮肤癌。又如,在错配修复机制上的先天缺陷会导致一种遗传性的结肠癌。另一方面,人们又得到启发,彻底破坏DNA修复机制,可以迅速地杀死细胞,现在许多癌症药物就是以破坏癌细胞残存修复机制为目标的。

  这几年的诺贝尔化学奖常常被人们戏称为“理科综合奖”,今年的获奖成果同样更容易被归于生命科学领域。然而,人们总是能从中看到:始终与科学探索相伴随的好奇心,以及服务于人类福祉的智慧结晶。


浙江日报 人文 00013 解密细胞如何修复DNA 2015-10-08 4032539 2 2015年10月08日 星期四