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2024年诺贝尔医学或生理学奖颁给了美国科学家维克多·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun），以表彰他们在发现微小RNA（microRNA）及其在基因调控中的作用方面做出的开创性贡献。这是基因调控领域获得的第6个诺贝尔奖，可见科学界对这一领域的重视程度有多高。按照遗传学的经典定义，基因指的是染色体上的一段DNA，负责指导蛋白质的合成，而蛋白质是几乎所有生命活动的主角，所以无论是早年间的遗传学家还是普通老百姓都把大部分注意力集中到基因上了，这一点无可厚非。基因的工作原理很快被阐明了，相关科学家也已经拿到好几个诺奖了。简单来说，细胞必须先按照DNA的序列合成出一段相应的信使RNA（mRNA），这一步被称为转录（transcription）。然后这条mRNA再指导核糖体合成蛋白质，这一步被称为翻译（translation）。整个过程被称为基因表达（gene expression），个中细节虽然复杂，但每一步都合情合理，有一种非此不可的感觉，具有很强的设计感。遗传信息从 DNA 到 mRNA 再到蛋白质的传递。所有细胞的 DNA 中存储着相同的遗传信息，需要对基因活性进行精确的调节，从而让正确的基因集在特定的细胞类型中一同处于激活状态。（图片来源：诺贝尔生理学或医学委员会。插图：Mattias Karlén）接下来的一个很自然的问题就是：细胞到底是如何决定哪个基因在哪个时候被表达呢？这个问题的重要性一点也不亚于基因本身，因为这是细胞应对环境变化的主要手段，也是像人类这样的多细胞生物之所以能发育成熟的根本原因。想想看，人体内有那么多细胞，每个细胞内的DNA都是一样的，但每个细胞都各司其职，行使着不同的功能，这是一项多么细致而又繁杂的任务啊！而所有这一切都是从一个小小的受精卵开始的，几乎每一次细胞分裂都伴随着细胞功能的分化，而功能分化的核心就是基因调控，完成这一切所需的信息量一点也不亚于基因本身。于是早年间的科学家们很自然地设想，基因调控也会是一个完整而又统一的系统，各个组件各司其职，具有很强的设计感。第一个被发现的基因调控系统是在大肠杆菌里发现的乳糖操纵子（lactose operon），当环境里缺乏葡萄糖，却含有乳糖时，大肠杆菌便依靠这个操纵子摇身一变，从“吃葡萄糖者”改为“吃乳糖者”。这个操纵过程是在基因表达的第一阶段，也就是基因转录这一步完成的，这个选择合情合理，简单易懂，同样具有很强的设计感。研究者也很快就于做出发现4年之后，也就是1965年拿到了诺贝尔医学或生理学奖。但是，接下来的事情就开始变得混乱起来。科学家们很快发现，基因调控过程极其复杂，基因表达的每一个步骤都可以被调控，具备基因调控能力的小分子既可以是蛋白质，也可以是DNA或者RNA，负责调控基因表达的这些小分子本身也可以被另外一些小分子所调控，而那些“另外的小分子”又可以被新的小分子所调控……总之一句话，基因调控系统是一张巨大的网，每一个节点的微小变动都有可能影响到整张网的表现！从此开始，生命的那种完美的“设计感”消失了，科学家们终于意识到生命本质上就是一个乱七八糟的复杂系统。换句话说，如果生命真有个设计师的话，这位设计师一定是喝多了。就拿本次获奖的microRNA来说，这是一种长度只有21~23个核苷酸（即大家熟悉的ATGC这4个字母，只不过在RNA分子里U代替了T）组成，编码microRNA的基因则要长得多，它必须先转录成一段具有几百个核苷酸的microRNA前体，然后再经过一系列处理，最终成为功能性的microRNA分子。这个分子会和相应的mRNA分子相结合，阻碍它被翻译成蛋白质。这个调控机制非常普遍，仅在人类基因组内就已经发现了超过1900个microRNA基因！而microRNA实际上是另一个更大的RNA基因调控系统的一部分，这个系统被称为RNA干扰（RNA interference），发现这个系统的科学家早在2006年就拿到了诺贝尔医学或生理学奖。那次获奖的是一种双链RNA（dsRNA），同样具备基因调控的功能，但调控的方式和microRNA有着很多不同之处。如果我们用盖房子做个比喻的话，此前大家认为DNA相当于设计图纸，RNA相当于现场负责现场施工的工程师。但现在大家意识到设计图纸不仅仅包含房子的各种细节，还包括了对工程师的行为指令。哪个工程师在哪个时间点开工，开工时需要按照图纸中的哪部分进行施工，都被写进了DNA这张设计图纸里。而这些指令写得非常混乱，很多指令本身又需要新的指令来实现，一层套一层，无无穷无尽。更妙的是，这幢房子的物业也是按照设计图纸来工作的。比如下水道堵住了，或者窗户坏了需要修理，物业都会根据图纸上事先写好的规程进行处理，而这些规程是用好几种不用的语言写出来的，规程本身也有另外的一些规程加以限制，其复杂程度超出了所有人的想象。如果用生物学的语言来描述的话，基因调控不但决定了受精卵究竟是怎样发育成婴儿的，还可以在成长的过程中，帮助婴儿处理所遇到的各种艰难险阻，比如如何利用不同来源的食物，如何对付传染病，甚至如何抑制肿瘤！![]()
当地时间2024年10月7日，瑞典斯德哥尔摩，瑞典卡罗琳医学院宣布将2024年诺贝尔生理学或医学奖授予科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫昆。（视觉中国供图）
读到这里，大家应该能明白今年这个诺贝尔奖的重要性有多高了吧？首先，这个奖具有很广泛的应用场景，无论是疾病的治疗，还是对农作物的改造，都可以用到这项技术。其次，这个奖具有很强的理论意义，它可以帮助科学家们理解生命的发育和代谢过程，从而揭开生命的奥秘。而这个奥秘很可能与复杂系统有关，因为生命是一步一步进化出来的，不存在一个全知全能的设计者。第三，这是诺贝尔医学或生理学奖连续第二年颁给RNA，再次说明RNA分子的重要性。有证据显示，RNA 干扰现象具有非常久远的历史，早在生命出现后不久就存在了，这一点再次说明RNA分子很可能就是生命最初的遗传物质，地球上的所有生命都是从一段RNA开始的。排版、审核：小风
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