8個諾貝爾生理醫學獎重大成就

作者 | 發布日期 2013 年 10 月 08 日 19:45 | 分類 生物科技 , 醫療科技
2013 nobel medicine

2013年諾貝爾生理或醫學獎正式公佈,詹姆斯羅斯曼(James E. Rothman)、蘭迪謝克曼(Randy C. Schekman)與湯馬斯居德霍夫(Thomas C. Südhof)以研究細胞內的運輸系統「囊泡」(Vesicle)的運作得獎。將囊泡想像成你每天上班上學會用到的交通工具,就可明瞭其重要性。那諾貝爾生理醫學獎從1901年第一屆以來,還有什麼重要的研究成果?我們以得獎年代排列逐一介紹。



2013AD 細胞囊泡交通系統

今日人類每天最關心話題大概不脫天氣與交通,原因無他,出門上班上學郊遊遠足都扯得上關係,尤其交通問題關係到人員與貨物能否送達、能否準時送達,如果快遞搞錯地址把台北市永康街看成台南市永康區,收信人就只能氣得乾瞪眼了。因此2013年生理醫學獎之所以重要,在於三位得主分別在1970年代到1990年代研究囊泡如何扮演了細胞中的運輸系統,它的運作方式為何。

Animal_Cell.svg▲細胞裡面很熱鬧,其中編號4就是囊泡,負責一些體型較大分子的運輸工作。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

荷爾蒙、酵素、神經傳導物質等分子透過囊泡將他們運送到正確需要的地點,如果「貨」到不了就會生病,例如胰島素沒有正確傳遞可能造成糖尿病,其他像阿茲海默症、癌症、免疫疾病、精神疾病等都有關係。

2012AD 誘導式多能性幹細胞

幹細胞研究是人類未來醫學的希望所在:自體幹細胞沒有排斥的問題,再生器官與組織解決器官捐贈與黑市交易問題,直接用培養出來的人體組織實驗,可替代部份動物實驗等。過往為了取得幹細胞,科學家從幹細胞數量最多的胚胎入手,但引發「殺人」的道德爭議。1958年英國科學家約翰戈登(John Gurdon)將已經分化完畢的青蛙小腸上皮細胞核植入到無核的卵子中,一樣生出了完整的蝌蚪,證明了即使是一般體細胞也可以具有幹細胞的功能。

629px-Ips_cells▲以簡單的概念說明當肺部受損,先將體細胞誘導成iPS,培養成可移植的器官,再植入體內。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

2006年京都大學教授山中伸彌則延續這個脈絡,透過四個基因讓將一般體細胞變成誘導式多能性幹細胞(iPS),讓戈登的研究有了一個可以人為操控的科學過程,他們兩人於2012年同獲生理與醫學獎。從2006年到現在,許多科學家在山中伸彌的研究基礎上又有許多突破,不管是新的發現也好,讓山中的做法變得更好也好,都標示著iPS會是一條極具前景的道路。

2010AD 體外受精

2010年英國生理學家羅伯特愛德華茲(Robert Edwards)因體外受精技術獲獎。體外受精經歷許多精密的過程,包括監控女性生殖週期、取出卵子、在實驗室中受精、植入受精卵至子宮等過程。1978年在英國出生的 Louise Brown 是世界上第一位試管嬰兒。

體外受精本身就是一項具挑戰性的技術,而對許多面臨不孕的家庭來說,體外受精不啻是在沮喪失意後帶來希望,對於人心的鼓舞與正面的影響,是無法用量化數字來表達的。

1983AD 轉座子

你一定知道人類已經完全解開自身的基因圖譜,並且開啟了大量有關基因與遺傳的研究。你可能知道基因有不同的組合,但每個人表達單眼皮或雙眼皮的基因都在染色體上的固定位置。不過你可能不知道,還有一些如奧客般的 DNA 序列,它們會自行複製或乾脆親自出馬,從染色體的某個基因座(可類比為有門牌號碼的房子)轉移到另一個,它們叫做「轉座子」(Transposable Element)。

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(Photo Credit: Office of Biological and Environmental Research of the U.S. Department of Energy Office of Science)

正因為這種特性,因此無論轉座子的來到或離開,都對原來的基因組造成困擾(想像一下流浪漢衝進你家住幾天又離開,對你的生活作息與環境品質的影響),它可能因此造成基因變異讓你生病,但也可能造成生物多樣性(這是好處,比方說看著呼呼大睡的流浪漢,讓你發現你其實過著很孤獨的生活,沒有人陪),可以想見轉座子的發現對基因與遺傳的研究造成的影響,而發現轉座子的美國科學家芭芭拉麥克林托克(Barbara McClintock)因此獨得1983年的生理醫學獎,她也是諾貝爾獎史上極少數女性得主之一。

事實上,現在很多科學家就利用轉座子的特性進行科學實驗,看原有基因會有什麼樣的表現。這種作法不禁聯想起日本的整人節目。

1962AD 雙股螺旋體

1962年的生理醫學獎基於「發現核酸的分子結構及其做為生物體內訊息傳遞的重要意義」,頒給了詹姆斯華生(James Watson)、法蘭西斯克里克(Francis Crick)與莫里斯威金斯(Maurice Wilkins),他們發現去氧核醣核酸、也就是我們熟知的 DNA 的結構,他們的發現對於人類遺傳的研究開啟了嶄新的領域,對疾病的預防與治療、解決能源或糧食短缺等問題帶來莫大的影響。

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(Photo Credit: Wikimedia Commons)

其實功勞不止這三位,Rosalind Franklin 以結晶學詮釋 DNA 結構也有貢獻,只不過他於1958年過世,而諾貝爾獎的慣例是只頒給活人。另外像 Alex Stokes、Herbert Wilson、Erwin Chargaff 與 Oswald Avery 也都是有貢獻但沒有獲獎者。

1952AD 結核病療法

賽爾曼瓦克斯曼(Selman Waksman)因為1944年發現了第一個治療肺結核的抗生素「鏈黴素」(streptomycin),獲得1952年的生理醫學獎。肺結核是很古老的疾病,考古學目前發現最早的結核病患者距今約17000年前。1921年卡邁特(Albert Calmette)與介嵐(Camille Guérin)完成卡介苗,它是透過無毒性的結核桿菌製成,讓人體因為很輕微的感染過後產生相對應的抗體,不過卡介苗一直存在各地效果不一的情況,且比較適合用在對新生兒的相關疾病,而不適用在控制結核病的病情。

1952的生理醫學獎還有一個插曲,就是鏈黴素的共同發現者 Albert Schatz 並沒有獲獎,因此他提起了訴訟,最後結果是和解,Schatz 獲得專利權方面的保障,但並沒有被追認為諾貝爾獎得主。

1945AD 盤尼西林

1928年倫敦大學聖瑪莉醫學院細菌學教授亞歷山大弗萊明(Alexander Fleming)發現醫學上第一個天然生成的抗生素:青黴素(Penicillin),音譯為盤尼西林。1938年英國恩斯特伯里斯錢恩(Ernst Boris Chain) 與澳洲霍華佛洛里爵士(Sir Howard Walter Florey)團隊提煉出青黴素,三人共同於1945年穫獎。頌詞雖然簡單只有「發現青黴素及它對各種傳染疾病的療效」,但今日的我們都知道,抗生素的出現是如何改變人類的歷史還有我們每一個人的健康,很多遭到細菌感染的疾病,如今都是用抗生素治癒,人類甚至因此進入「過度使用抗生素」時期,為求保險濫吃抗生素,結果反而可能造成生病沒藥醫。

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▲弗萊明紀念郵票。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

而這一切的源頭其實是巧合。弗萊明原本要寫論文,因此培養了許多金黃色葡萄球菌,不過在不知情的情形下,培養皿遭到污染,一個黴菌孢子掉了進去。弗萊明接著休了一個月的長假,回到實驗室後,發現長滿細菌的培養皿裡還有一塊青黴菌,特別的是周圍一圈卻沒有細菌,於是他知道青黴菌可以殺(細)菌,開啟了醫藥史一頁輝煌的年代。

1901AD 白喉與破傷風血清療法

1901年第一屆諾貝爾生理醫學獎頒贈給德國科學家埃米爾·阿道夫·馮·貝林(Emil von Behring, 1854-1917),他首先發展出白喉桿菌抗毒素,並與北里柴三郎共同藉由注射血清的方式治療白喉與破傷風。白喉曾經是嚴重威脅人類生命健康的疾病之一,在貝林的年代小孩子不是死於戰爭就是死於白喉。1920年代美國一年有10到20萬患者,死亡人數約13000到15000人。

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▲1962年英國一張白喉衛教海報。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

諾貝爾委員會對貝林的頌詞為「打開了醫學科技與療法的新道路,讓醫師手上有了對抗疾病與死亡的勝利武器」。美國自1950年代起開始利用疫苗對抗白喉,台灣自1955年開始針對新生兒接種「白喉、百日咳與破傷風」三合一疫苗,1980年代後已經沒有白喉病例發生,而自2010年3月1日起,改接種增加了「小兒麻痺症」與「b型嗜血桿菌」的五合一疫苗。

(Opening Photo Credit: Nobel Prize)

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轉座元件
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Emil Adolf von Behring
DPT vaccine 

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