2022年诺贝尔生理学或医学奖
2022年10月3日下午5点31分,2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家Svante Pääbo获奖,以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。
Svante Pääbo
Pääbo的开创性工作解释了什么使我们人类独一无二。
人类总是对自己的起源感兴趣。我们从哪里来?我们和我们的前辈有什么关系?是什么让我们智人与其他古人类不同?
通过他的开创性研究,Svante Pääbo完成了一件看似不可能的事情:对当今人类已经灭绝的亲戚——尼安德特人的基因组进行测序。他还发现了一种以前不为人知的古人类——丹尼索瓦人。重要的是,Pääbo还发现,在大约7万年前人类离开非洲后,基因从这些现已灭绝的古人类转移到了智人身上。这种古老的基因流向今天的人类在生理上有关联,例如影响我们的免疫系统对感染的反应。
Pääbo的开创性研究产生了一门全新的科学学科:古基因组学。通过揭示所有现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异,他的发现为探索是什么使我们成为独一无二的人类提供了基础。
链接:2022年诺贝尔生理学或医学奖及相关高中生物学教材知识
Pääbo的开创性研究产生了一门全新的科学学科:古基因组学。事实上,古基因组学的研究不但能够发现现代人特征的远古遗传祖先,还能够找到远古祖先遗传下来的多种疾病的风险因子,不仅能够增强对疾病的理解,而且还可能为治疗常见疾病提供新靶点,这些疾病包括过敏、自身免疫性疾病,以及糖尿病。1.免疫系统更强,但同时过敏和自身免疫疾病风险增加的远古原因今年斩获诺贝尔生理学或医学奖的斯万特·帕博(Svante Pääbo)博士的研究致力于揭示现存人类与灭绝的古人类之间的基因差异,他建立了全新的科学学科——古基因组学。他和同事的研究带来的一个重要发现是:尼安德特人和智人最近的共同祖先生活在大约80万年前,而且尼安德特人和智人在几千年的共存中进行了杂交,并且产生了继续将基因传递下去的后代。在现代具有欧洲或亚洲血统的人类中,大约1%-4%的基因组来自尼安德特人。这些研究意味着,现代人的某些特征,可能来源于已经灭绝的古人类。比如,研究人员通过古基因组学研究发现,我们的免疫系统中的TLR1、TLR6、TLR10基因的特征与两种古人类——尼安德特人和丹尼索瓦人这些基因的特征尤为相似。这两种古人类在欧亚环境中生存了几十万年,他们的免疫系统对当地的病原体产生了适应性进化。而当源于非洲的智人迁移到欧亚大陆之后,通过与尼安德特人和丹尼索瓦人的杂交,获得了这些增强免疫力的基因特征。TLR1、TLR6、TLR10基因属于Toll样蛋白受体家族,它们是先天免疫系统的一部分,是识别外来病原体的第一道防线。研究人员发现,来自两种古人类的TLR1、TLR6、TLR10等位基因都导致TLR1、TLR6、TLR10蛋白表达水平的显著上升,这让免疫系统能够更好地识别外来病原体,从而激发先天和适应症免疫反应,保护身体健康。然而,这些蛋白也可能将花粉等过敏原错认为外来病原体,从而引发过敏反应,有些TLR1、TLR6、TLR10基因的变异被认为与自身免疫性疾病相关。这也是增强免疫系统付出的代价。Toll样蛋白受体是参与非特异性免疫(天然免疫)的一类重要蛋白分子,也是连接非特异性免疫和特异性免疫的桥梁。Toll样受体是单个的跨膜非催化性蛋白质,可以识别来源于微生物的具有保守分子。当微生物突破机体的物理屏障,如皮肤、黏膜等时,Toll样受体可以识别它们并激活机体产生免疫细胞应答。(1)人体第一、二道防线(人教版选择性必修一P69)人体有三道防线来抵御病原体的攻击。皮肤、黏膜是保卫人体的第一道防线;体液中的杀菌物质(如溶菌酶)和吞噬细胞(如巨噬细胞和树突状细胞)是保卫人体的第二道防线。这两道防线人人生来就有,是机体在长期进化过程中遗传下来的,不针对某一类特定的病原体,而是对多种病原体都有防御作用,因此叫作非特异性免疫。多数情况下,这两道防线可以防止病原体对机体的侵袭,这也是我们虽然时刻处在病原体的包围之中,但并不会经常感到不适的原因。已免疫的机体,在再次接触相同的抗原时,有时会发 生引发组织损伤或功能紊乱的免疫反应,这样的免疫反应 称为过敏反应,引起过敏反应的抗原物质叫作过敏原。有些人在接触过敏原时,在过敏原的刺激下,B细胞会活化产生抗体。这些抗体吸附在皮肤、呼吸道或消化道黏膜以及血液中某些细胞(如肥大细胞)的表面。当相同的过敏原再次进入机体时,就会与吸附在细胞表面的相应抗体结合,使这些细胞释放出组织胺等物质,引起毛细血管扩张、血管壁通透性增强、平滑肌收缩和腺体分泌增多,最终导致过敏者出现皮肤红肿、发疹、流涕、打喷嚏、哮喘、呼吸困难等症状。过敏反应有快慢之分,过敏者可能在接触过敏原后数分钟内出现反应,也可能24h后才有症状。许多过敏反应还有明显的遗传倾向和个体差异。人体的免疫系统具有分辨“自己”和“非己”成分的能力,一般不会对自身成分发生免疫反应。但是,在某些特殊情况下,免疫系统也会对自身成分发生反应。如果自身免疫反应对组织和器官造成损伤并出现了症状,就称为自身免疫病。例如,某种链球菌的表面有一种抗原分子,与心脏瓣膜上一种物质的结构十分相似,当人体感染这种病菌后,免疫系统不仅向病菌发起进攻,而且也向心脏瓣膜发起进攻。结果,在消灭病菌的同时,心脏也受到损伤。这就是风湿性心脏病。常见的自身免疫病还有类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等。在2013年发表在《自然》杂志的一项研究中,帕博博士参与的国际研究团队通过对墨西哥的拉丁族裔人群的全基因组关联研究(GWAS),发现名为SLC16A11的基因与2型糖尿病的风险相关,在这些拉丁族裔人群中发现的SLC16A11基因上的变异将糖尿病风险提高了大约30%。而且,这些序列与西伯利亚发现的尼安德特人基因组中的相关序列相同。意味着这些提高2型糖尿病风险的基因变异源于尼安德特人。这些SLC16A11基因变异可出现在高达一半的拉丁美洲人群中,以及约20%的东亚人群中。后续研究发现,SLC16A11基因编码的蛋白是一种单羧酸转运蛋白,它在调节营养成分流动和肝脏脂质代谢中具有重要作用。SLC16A11基因编码的MCT11蛋白功能的下降与甘油三酯等脂质水平升高相关,而它们与胰岛素抗性有密切的关系。研究人员指出,靶向恢复MCT11蛋白功能的疗法有望提供治疗2型糖尿病的新方式。
相关高中生物知识:糖尿病(人教版选择性必修一P52“与社会的联系”)糖尿病是一种严重危害健康的常见病,主要表现为高血糖和尿糖,可导致多 种君官功能损害。人类的糖尿病分为1、2两种类型,多饮、多尿、多食是其共同外在表现。I型 糖尿病由胰岛功能减退、分泌胰岛素减少所致,通常在青少年时期发病,我国的发病率约为十万 分之一。2型糖尿病很常见,与遗传、环境、生活方式等密切相关,但确切发病机理目前仍不明 确'进入工业化社会以来,世界各国2型糖尿病的发病率都急剧升高。能量摄入过多、运动量过 少、肥胖是2型糖尿病最常见的危险因素。目前,2型糖尿病的发病年龄也在降低,青年患者人 数逐渐增加,甚至有几岁的儿童被诊断出患2型糖尿病。因此,青少年要注意控制饮食,多运动。
参考资料:
1.不仅能拿诺奖,还有希望治疗糖尿病?2022年诺贝尔生理学或医学奖解读
2.《稳态与调节》(人民教育出版社,高中生物学“选择性必修1”)