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20世纪下半叶是生命科学和生物技术突飞猛进的时代。一方面，生命科学的发展深刻地改变了人类对生命本质的理解；另一方面，生物技术的开发和广泛应用也前所未有地提升了人们的生活质量。
2024年诺贝尔奖终于揭晓！北京时间10月7日，2024年诺贝尔生理学或医学奖授予科学家维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun），以表彰他们「发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用」。
诺贝尔奖委员会表示：microRNA是一类新型的微小RNA分子，在基因调控中发挥着至关重要的作用。他们的突破性发现揭示了一种全新的基因调控原理，该原理对于包括人类在内的多细胞生物至关重要。现在已知人类基因组编码超过1000个microRNA。他们令人惊讶的发现揭示了基因调控的全新维度。事实证明，microRNA 对于生物体的发育和功能至关重要。
大家在中学课本中了解过RNA，但很多人不知道的是， microRNA 是怎样被发现的及其在转录后基因调控中的作用。少年时《人体再认识》，就做过详细的介绍！
当然，生物技术本身的建立和发展又源于物理、化学等基础学科领域的重大发现、理论创新及技术发明，而这些历史性、革命性的成果基本上都获得了诺贝尔奖。
诺贝尔官网公布的获得生理学或医学奖的Top 10领域
而生物技术及其相关的物理、化学等基础学科领域，也是孩子们接触和深入科学世界的基础，是《少年时》极为看重的部分！因此，在预测诺奖方面，《少年时》可谓得心应手。
小多统计，截止到今年第116期少年时已出版的书中，已经提到诺奖研究237次(含重复提及)，其中包含62个化学奖、12个经济学奖、82个生理学或医学奖、79个物理学奖。
光是少年时第49期《人体再认识》就涉及到6个诺奖知识点。接下来让我们一起盘点这些年，少年时踩中的诺奖得奖点吧！
2024：调控基因表达的“小开关”
2024年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家维克托·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁夫昆（Gary Ruvkun），以表彰他们发现并扩展探索了microRNA（简写为miRNA）的存在和作用机制。
miRNA ，具体是发挥什么样的生物学作用呢？
给大家举个形象的例子，普通的mRNA 就好比一条高速公路，路上会有很多会排出尾气的汽车（核糖体，它们在 mRNA 上边走边翻译蛋白），车越多、开得越快，尾气就越大（蛋白表达量就越高）。
这个时候，在路快到尽头的地方（mRNA 的 3'-UTR 上）就出现了一个“交警”（miRNA 和一些蛋白质形成的复合体，被称为“沉默复合体”），它稳稳地站在路的最后（miRNA与 mRNA 的 3'-UTR 互 补， 结 合 到mRNA 的 3'-UTR 上），整个车队就停下来了，尾气也没了（蛋白表达降低）。
miRNA 在生物学发育和病理过程中扮演着重要角色，参与细胞分化、凋亡、增殖和代谢，其发现有效地推动了临床医学进步。
越来越多的研究表明，miRNA 参与了包括神经母细胞瘤、垂体腺瘤、甲状腺癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、结肠直肠癌、宫颈癌及白血病等在内的多种肿瘤的发生和发展过程。研究者们将miRNA视作癌症治疗的新型靶点，试图用人工制造的反义序列干预这些miRNA的作用，以此实现对肿瘤组织的控制。
可以说，miRNA的发现不仅改变了我们对生命过程的理解，也为未来的医学研究和治疗开辟了新的方向。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
2018：癌症免疫检查点
抑制免疫负调控来治疗癌症的方法不仅仅是对传统放射性疗法和化学疗法的补充叠加，它还能够唤醒机体免疫系统对癌细胞进行主动而特异的杀伤、并形成长久的免疫记忆，因此该疗法彻底改变了人类对抗癌症的格局。
因为对免疫检查点的发现和应用，该领域的两位先驱科学家美国的詹姆斯·艾利森（James P. Allison）教授和日本的本庶佑（Tasuku Honjo）教授获得了2018年诺贝尔生理学或医学奖。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
2018：“钓鱼”钓到诺贝尔奖
美国科学家乔治 • 史密斯因发明噬菌体展示的方法获得 2018 年诺贝尔化学奖。 噬菌体展示可用于研究蛋白质相互作用。 比如我们可以用这种方法研究抗原抗体。
简单说来， 噬菌体展示就像钓鱼， 用一种鱼饵（抗原）去在鱼塘里的成千上万条鱼里把那条我们想要的鱼（抗体）钓上来。
假定我们发现很多同时感染上某种传染病的病人里面有一个人没有患病， 我们就预设这个人身上有一种特殊的抗体， 现在我们想把这个抗体找出来。 抗体其实就是一种蛋白， 是由 RNA 翻译出来的。
我们从那个病人身上提取出尽量多的各种RNA（比如 1 万种）， 然后把它们逆转录成DNA， 之后再各自插入到无数的噬菌体的 DNA里。 噬菌体有一种本事， 能把插入的那段 DNA经过转录和翻译， 将其蛋白表达到自己的身上。
现在我们有了很多携带不同蛋白的噬菌体，我们让他们成群地经过“ 鱼饵”（就是这种传染病的抗原）。 根据抗体—抗原的规则， 那种（也只有那种）能够与抗原对应的蛋白（抗体）会被抗原捕捉。 没有被捕捉的蛋白被冲洗掉， 就剩下那条携带抗体蛋白的噬菌体了。 对那个蛋白的结构进行分析， 就知道这个抗体是什么结构， 这也相当于找到了能够对抗这个传染病的药物了。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
2017：揭开生物钟的面纱
1971 年，科学家西莫尔·本泽尔（Seymour Benzer）和他的学生罗纳德·科诺普卡（Ronald Konopka）思索着是否有可能找到控制昼夜节律的特定基因。他们对果蝇（Drosophila）的生物钟进行了研究，发现有些果蝇的昼夜周期比较短，约为 19 个小时，有的则比较长，约为 28 个小时，而有的完全没有特定的周期。
如果生物钟是由某一个基因决定的，那么，这些有特异昼夜节律的果蝇，一定是那个“生物钟基因”发生了突变。或者说，在某些具有特定突变的个体中，生理时钟的周期应该会特异。那么只要收集到那些昼夜节律异常的果蝇，再看看它们有哪些基因突变，这些基因就可能是“生物钟基因”。
本泽尔师生在果蝇染色体中找到了这个基因，并命名为 period（简称per，意为“周期”）。
尽管per基因在1971年就被发现了，但直到1984年，通过科学家杰弗理· 霍尔（Jeffrey Hall）和迈克尔·罗斯巴什（Michael Rosbash）在美国波士顿布兰迪斯大学（BrandeisUniversity）的紧密合作及纽约洛克菲勒大学（Rockefeller University）的迈克尔·杨（Michael Young）的努力，该基因才被分离出来。
霍尔、罗斯巴什和杨在本泽尔研究的基础上进一步探索。事实证明他们的工作是至关重要的，他们也“因发现了控制昼夜节律的分子机制”而被授予了2017 年诺贝尔生理学或医学奖。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
2014：你怎么知道你在这儿？
2014 年，诺贝尔生理学或医学奖授予了英国伦敦大学学院的约翰·奥基夫（John O'Keefe）教授，以表彰他在网格细胞和位置细胞的研究中所做出的突出贡献。
然而，这项了不起的研究却起源于一个非常简单的现象。奥基夫发现，大鼠可以在一个非常小的空间内自由地活动。于是他监测了大鼠大脑内海马细胞的活动，发现其中有一群细胞就像人类用 GPS 查看地图一样可以准确地规划活动方案。
其中一类细胞叫作位置细胞，它们随机地分布在大鼠大脑中，大鼠到达某个位置，一个位置细胞被激活（释放一种化学信号），当它再次到达此位置时这个位置细胞再次被激活。
大鼠在迷宫的任何一个位置都会发生位置细胞的激活，这些位置细胞帮助大鼠记住了曾经去过的地方。
这也解释了为什么我们迷路时，虽然不知道接下来该怎么走，却记得路上的某些地方。
图片来源于第08期《少年时·未来的地图更友好》
2012：成熟细胞如何“逆分化”？
从多利绵羊的体细胞核移植实验中可以看出，能够促使成熟细胞的细胞核发生逆转的关键因素在于卵细胞的细胞质。干细胞的细胞质可能含有一些特殊的因子，而成熟细胞中缺乏这些因子；而一旦有了这些因子，那么细胞就可能从成熟状态恢复到未分化状态。
因此，山中伸弥开始寻找这些“逆转因子”。通过 4 年的研究，他一共找到了 24 个基因，这些基因对于干细胞的培养和发育是有帮助的，甚至可以让成熟的细胞变得具有一定的多能性。
不过，这些基因并不能单独发挥作用，于是山中伸弥对这些基因进行了进一步的筛查和组合，最后，他寻找到了一个 4 种基因的组合，分别是 Oct-3/4、 Sox2、 c-Myc 和 Klf4，这四个基因都和胚胎发育有关。
当成熟的细胞中加入这四个因子之后，神奇的现象出现了。细胞开始变得“年轻”，最后成为多能干细胞，在只有干细胞才能够生长的胚胎干细胞培养基上生长出了干细胞集落。
由于这是通过人工的办法将成熟细胞逆转成的干细胞，因此这种干细胞被称作诱导性多能干细胞（inducedpluripotent stem cell，iPS cell）。 这一研究可以说是石破天惊，相关的研究结果于 2006 年发表在生命科学顶级期刊《细胞》上，引发全世界的关注。
2012 年，成功诱导出多能干细胞的山中伸弥和前期从事克隆研究的约翰·戈登被共同授予了诺贝尔生理学或医学奖。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
2009：小端粒延续大生命
澳大利亚的分子生物学家伊丽莎白·布莱克本（Elizabeth Blackburn，2009 年诺贝尔生理学或医学奖得主）发现了一种生物化学物质，叫端粒酶。
恰恰因为端粒酶在正常体细胞中几乎不表现活性而在癌细胞中活性很强，因此可以作为癌症治疗的靶点，通过直接抑制端粒酶活性来抑制癌细胞分化，治疗癌症。
研究表明，端粒酶抑制剂比传统的癌症化学疗法和基因疗法有更高的特异性和较少的副作用，并且很可能对晚期扩散的肿瘤也能起到抑制效果。
图片来源于第05期《少年时·解译生命密码》
1974：细胞内的“渡船”：囊泡转运
早在 20 世纪 60 年代，细胞内的运输系统就已经引起科学家的关注。乔治·帕拉德等研究发现，细胞中的蛋白质是通过内质网，再到高尔基体后分泌到胞外的，这一重大发现，让帕拉德获得了 1974 年诺贝尔生理学或医学奖。
古特·布洛伯尔发现了引导新合成的蛋白质分子到达细胞内恰当地点的“地址标签” 信号肽，并因此获得了1999 年诺贝尔生理学或医学奖。
2013年，诺贝尔生理学或医学奖授予了三位科学家——美国的詹姆斯·罗斯曼（JamesRothman）和兰迪·谢克曼（RandySchekman）以及德国的托马斯·聚德霍夫（Thomas S dhof ），以奖励他们发现了细胞内的囊泡转运的调控机制。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
1962：DNA的双螺旋结构
18 世纪末至 19 世纪初，科学家更看重蛋白质，毕竟生物体内的大部分结构是由蛋白质组成的，生物体的各种生理功能也是由蛋白质执行的——生长、发育、运动、遗传、繁殖等一切生命活动都离不开蛋白质。甚至人们一度认为蛋白质才是遗传物质，而没有人关注核酸在生物体内有什么功能。
后来，有三个经典的实验证明了核酸才是遗传物质。1928 年，弗雷德里克·格里菲斯的肺炎双球菌实验发现遗传物质不是蛋白质，而是一种不知名的“转化因子”。
1944 年，奥斯瓦德·艾弗里证明了格里菲斯实验中的“转化因子”就是 DNA。1953 年，阿弗雷德·赫希与玛莎·蔡斯的噬菌体感染实验确认了 DNA 是遗传物质。
1953 年 4 月 25 日，英国的《自然》期刊刊登了一篇名为《核酸的分子结构：脱氧核糖核酸的结构》的论文，作者是美国的詹姆斯·沃森和英国的弗朗西斯·克里克。
这一成果后来被誉为 20 世纪以来生物学领域最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生，沃森和克里克也因此获得1962 年诺贝尔生理学或医学奖。
图片来源于第49期《少年时·人体再认识》
遗传学与分子生物学的发展历程
图片来源于第51期《少年时·进化论的进化》
小结
回眸百年诺奖中，那些“人体再认识”的高光时刻，我们在感叹生物技术给我们生活带来改变的同时，也被在生物技术领域刻苦钻研的科学家们所感染。正是一代代科学家数十年如一日的坚守，才让全人类的科技水平发展到如斯境界，他们是真正的英雄。
向那些胸怀使命和勇于探索未知的科研人员致敬！
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2025少年时 • 第11辑
(No.121-132，共12本，包邮)
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