諾貝爾獎委員會(huì )7日宣布，三位科學(xué)家因在DNA修復機制方面的研究，獲得2015年諾貝爾化學(xué)獎。這三位科學(xué)家分別是：來(lái)自瑞典的托馬斯·林達爾，來(lái)自美國的保羅·莫德里克，以及擁有土耳其和美國雙重國籍的阿奇茲·桑賈爾。三人將均分800萬(wàn)瑞典克朗(約合人民幣633萬(wàn)元)的諾獎獎金。
諾獎評選委員會(huì )發(fā)表的聲明說(shuō)，三位科學(xué)家的研究成果在分子水平上描繪細胞如何修復基因并維護遺傳信息，為科學(xué)界提供了關(guān)于活細胞功能的基本知識，其中的一些發(fā)現可被運用到抗癌新療法研發(fā)方面。
奇妙的DNA分子鏈
數十億次分裂后長(cháng)度可往返地日250次
我們復雜的人體系統，來(lái)自精子與卵子各23條染色體的結合，這是一個(gè)正常人類(lèi)遺傳物質(zhì)的原始基礎。你的身份在精子和卵子相互結合的那一刻便已經(jīng)被定義了。這些最初的信息共同組成了你的原始染色體版本，也就是你的遺傳信息。所有構建你所需要的信息都被包含在了其中。如果將你的第一個(gè)細胞中的DNA分子鏈抽取出來(lái)并拉直，它的長(cháng)度將達到兩米。
隨著(zhù)受精卵開(kāi)始分裂，DNA分子也會(huì )被復制，分裂出來(lái)的新細胞將包含有與原始細胞完全一致的遺傳信息。在那之后，分裂繼續進(jìn)行：兩個(gè)變四個(gè)，四個(gè)變八個(gè)……一個(gè)星期后，DNA的總長(cháng)度可接近300米。在經(jīng)過(guò)數十億次細胞分裂后，如果將人體內的DNA分子鏈條取出來(lái)拉直，其長(cháng)度可以從地球抵達太陽(yáng)再回到地球，來(lái)回大約250次。
DNA為何能精確被復制?
復雜的基因修復機制
人體每天都在進(jìn)行數百萬(wàn)次細胞分裂，當基因被復制時(shí)可能出現缺陷。此外，人類(lèi)基因每天因紫外線(xiàn)輻射、受自由基和致癌物影響而受損。盡管如此，人類(lèi)的遺傳物質(zhì)卻沒(méi)有解體，無(wú)論你的遺傳物質(zhì)如何復制，最新的副本都接近最初受精卵中的原始版本。從化學(xué)的角度看，這是不可能實(shí)現的，因為所有的化學(xué)過(guò)程都可能發(fā)生隨機誤差，但事實(shí)上我們的遺傳物質(zhì)確實(shí)做到了這一點(diǎn)。
我們的DNA之所以有著(zhù)如此精確的復制精度，是因為一個(gè)能監控并修復基因的分子系統在發(fā)揮作用：一群監視復制過(guò)程的蛋白質(zhì)不斷校對基因組，在發(fā)生損害時(shí)及時(shí)進(jìn)行修復。今年的諾貝爾獎得主就在分子水平上對這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，他們的工作解釋了活細胞的遺傳物質(zhì)傳遞功能，為幾種遺傳病提供了研究方向。
三位科學(xué)家發(fā)現了什么?
DNA修復失誤或致癌變
上世紀70年代，科學(xué)界曾認為基因是非常穩定的分子，但林達爾推斷若基因果真如此穩定，則基因的自然衰變速度就不足以支撐地球生命的發(fā)展。從這一觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，林達爾最終發(fā)現了能不斷抵消基因衰變的“堿基切除修復”這一分子機理。林達爾在瑞典的實(shí)驗證明，DNA存在比較緩慢的衰減現象，每一天都有潛在的破壞性傷害出現，因此林達爾提出DNA必須有分子修復能力，將這些缺陷自我修復。DNA遺傳序列中有腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四種堿基，胞嘧啶容易失去氨基，因此可導致遺傳信息改變，而當氨基消失后，遺傳信息配對開(kāi)始出現問(wèn)題，如果這個(gè)缺陷繼續存在，那么突變就會(huì )發(fā)生，并影響到下一次DNA復制。1974年，他有了新的發(fā)現：細胞可進(jìn)行堿基切除修復術(shù)。1996年，他設法在體外進(jìn)行此類(lèi)修復。
在林達爾之后，桑賈爾發(fā)現了一個(gè)特別的現象：細菌在致命劑量的紫外輻射照射下，可以自我修復。上世紀80年代，他通過(guò)研究繪制出核苷酸切除修復機制，揭示細胞如何運用這一機制來(lái)修復紫外線(xiàn)對基因造成的損害。
莫德里克的貢獻是發(fā)現在細胞分裂的過(guò)程中，細胞如何糾正基因復制時(shí)的偶發(fā)錯誤。上世紀80年代末，他發(fā)現分子修復機制在體外已經(jīng)能夠重建，而且細胞修復機制有多種模式。
三位科學(xué)家的研究顯示，每天我們的DNA都會(huì )受到一些損壞，比如紫外線(xiàn)、香煙或其他有毒物質(zhì)，每個(gè)細胞分裂時(shí)都會(huì )出現錯配問(wèn)題，但我們的基因組仍然會(huì )修正它們，而如果細胞修復機制出現錯誤，那么癌癥就有可能發(fā)生，因此研究人員試圖利用這個(gè)特點(diǎn)研發(fā)新的抗癌癥藥物。
由于自身缺陷或外界環(huán)境影響都會(huì )造成基因復制發(fā)生錯誤，若是DNA修復失誤則可能會(huì )導致癌變，故儲存原始的基因就具有重要意義。隨著(zhù)未來(lái)基因醫學(xué)研究的不斷深入，一份最原始的基因保存品的價(jià)值也將不斷提升和充分體現。
