中国名家解读2006年度诺贝尔奖

解读2006年度诺贝尔奖

　　

聚焦2006诺贝尔科学奖：他描绘了一个复杂的“快速道”  
 
“谁获奖了？”

    “美国科学家罗杰·科恩伯格获得了诺贝尔化学奖。”

    由于正好处于十一长假，当《科学时报》记者在第一时间就诺贝尔化学奖采访相关领域的科学家时，他们首先都非常好奇地想知道究竟谁获奖了，于是无一例外地有了开头的那两句对白。

    对于10月4日瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布的2006年度诺贝尔化学奖获得者——科恩伯格，中国的科学家们表现得有些诧异，他们还以为科恩伯格“对真核转录的分子基础所做的研究”在多年前已经获过该奖了，科学家们的这个小误会是因为科恩伯格的研究很重要，他是首位在分子基础上展示真核转录过程是如何运行的科学家。

    “科恩伯格描绘了一个快速道的架构，而至于开什么车，在上面怎么跑，就是现在科学家们所做的研究工作了。”军事医学科学院副院长贺福初院士在接受《科学时报》专访时对科恩伯格的工作作了这个生动而有趣的比喻。

    架构一个生命的“快速道”

    生命科学发展的速度是如此之快，甚至吸引了很多化学家、物理学家都围绕生命科学展开研究。从近些年的评选活动可以看出，越来越多的有关生命科学的研究成果引起了诺贝尔奖评选委员会的关注。

    贺福初说：“染色体和生命过程息息相关，是一种高度复杂的物质结构，自然也是化学的研究对象。现代化学越来越多地融入了生命科学，科恩伯格的贡献在于用生物化学手段释义了生命原理—基因转录的一个片断。”

    遗传信息的转录和复制是地球上所有生物生存和发展必然经历的过程，科恩伯格制作了详细的电镜图片，以形容真核细胞转录的整个运转情况。在他的图片中可以看到转录酶是如何合成新的RNA，以及数个在转录过程中必需的其他分子的作用。这些图片是如此的详细，人们可以分清楚不同的原子，使人们清晰地理解转录机制和转录是如何被管理的。对于所有生命来说，转录都是必需的。

    北京大学蛋白质科学中心主任昌增益教授在接受《科学时报》记者采访时说：“罗杰·科恩伯格获奖是基于他的研究课题——真核转录的分子基础。他阐述了基因信息是如何从DNA被转录至信使RNA的。这种信使RNA将这些信息带出细胞核，这样它可以被用于指示构建蛋白质。”

    驶出不同方向的“研究列车”

    贺福初说：“关于真核细胞转录机制最漂亮的工作主要集中在上世纪80年代和90年代初期。科恩伯格的研究工作正是描绘了转录的基本机制，是一项非常基础的研究，然而，研究越是基础，其展示的未来空间越广阔。”

    瑞典皇家科学院在一份声明中指出，罗杰·科恩伯格的研究具有医学上的“基础性”作用，因为人类的多种疾病如癌症、心脏病等都与这一过程发生紊乱有关。理解这一过程有助于人们寻找治疗上述疾病的方法。”因此评审委员会认为，科恩伯格的研究成果有助于探寻治疗这些疾病的新方法，尤其对干细胞疗法的研究至关重要。

    昌增益说：“理解转录过程也有助于人们理解干细胞如何发展成不同的特定细胞。干细胞，特别是胚胎干细胞，能分化成不同种类的体细胞。科学家相信，将来可以利用人类胚胎干细胞修补人体受损的组织和器官，治疗多种疾病。”

    在生物学方面，真核细胞的转录可以用于对疾病的治疗。包括癌症都源于基因的改变，和真核细胞转录有关。比如，人类在DNA转录过程中容易出现紊乱、拼接错误。例如许多癌症都是转录出现错误造成的。有了真核细胞转录这个基础理论，可以弄明白这些病的起因。下一步就可以研究怎么治疗疾病。对于农业来说，可以对农作物进行遗传调控，提高产量或抗逆性。

    “如果我们想了解干细胞在医学上的全部潜力，理解转录过程是必需的一步。”瑞典皇家科学院如是说，“现在已经有许多疗法、许多药物处于开发、试验或者应用阶段，今后还会有更多……对人体健康的重大效益正在显现。”

    蛋白质组的国际竞争

    DNA上的遗传信息先转录成mRNA，在rRNA和tRNA的参与下，将信息再翻译成蛋白质。正是合成的蛋白质构建了生物、支撑着生物体的新陈代谢。科恩伯格让我们看清楚了转录过程。瑞典皇家科学院在一份声明中说，“如果转录过程停止，基因信息就不会被转移到机体的各个部位，生命体也将在数天内死亡。”

    在人类细胞的3万~3.5万个基因中，其中绝大部分是编码蛋白质。这也基本上就是能够转录和翻译的基因数量。所有这些基因的序列长度只占人类基因组序列总长度的2%左右，不能够转录的基因组序列被一些科学家戏称为“垃圾DNA”，但这很可能不代表它们是无用的，而是人类还不了解它们。

    昌增益说，“因此，目前生命科学研究最重要的工作之一就是研究那2%的基因组序列是如何转录、翻译也就是如何编码蛋白质的。根据世界科学发展趋势和我国重大战略需求，我国重点部署的四项重大科学研究计划之一就是蛋白质研究，目前正在进行项目招标。”

    对蛋白质复杂多样的结构功能、相互作用和动态变化的深入研究，将在分子、细胞和生物体等多个层次上全面揭示生命现象的本质，是后基因组时代的主要任务。同时，蛋白质科学研究成果将催生一系列新的生物技术，带动医药、农业和绿色产业的发展。因此，蛋白质科学是目前发达国家激烈争夺的生命科学制高点。

    “科恩伯格的父亲因揭示基因复制即DNA合成的分子机制获得了1959年的诺贝尔奖。47年后，他因揭示基因转录即RNA合成的分子机制而获得今年的诺贝尔奖。这无疑是难得的科苑佳话!我们也应看到，蛋白质作为主体构成了各级生物体系并支撑着生物体的新陈代谢、发挥着各组织器官独特的功能。正因如此，作为其集合、整体的蛋白质组正日益成为研究的焦点与前沿。人体不同组织、器官的基因组是相同的，不同的是所转录的RNA、进而翻译的蛋白质不同。我们现在集中精力了解的不同组织、器官的蛋白质组，就好比在这个跑道上行驶的不同车队。”贺福初说。 

聚焦2006诺贝尔科学奖：讲述生命的故事  
 
 
 
    在开始用酵母细胞研究转录过程前，科恩伯格研究小组用了10年的时间来精心调试这个系统。许多研究小组也许早就放弃了，因为几年的时间过去了，他们没有任何实质性的结果，也不能发表论文。

    1965年，18岁的罗杰·科恩伯格与父亲阿瑟·科因伯格和保罗·伯格(Paul Berg)合写了一篇论文，这是一篇晦涩难懂的论文——《与结晶性酵母细胞色素b2相关的DNA异种性》，但这篇论文注定是一篇非凡的学术珍品，因为论文中的三位作者先后荣获诺贝尔奖：

    老科恩伯格与他人分享1959年诺贝尔生理学或医学奖，柏格与另外两人获得1980年诺贝尔化学奖。2006年，诺贝尔化学奖授予罗杰·科恩伯格一人，以表彰他对真核转录的分子基础的研究，他获奖的工作于2001年发表在美国《科学》杂志上。

    尽管从论文的发表到获奖只有5年的时间，但这是一项需要极大信心和巨大投入的工作。“刚开始大家认为这明显是不可能的，有太多的问题基本上不可克服。这项研究的最初想法出现在30多年前，20多年前开始认真向这个方向努力。”10月4日，科恩伯格在接受诺贝尔奖官方网站总编辑采访时如是说。

    科恩伯格感谢美国国家卫生研究院(NIH)提供的非同寻常的最重要支持，他说：“NIH从1979年开始资助我的工作，即使当初根本就不知道这项研究是否会成功。我们的研究全部是由NIH资助的。”

    生命的故事

    今年的诺贝尔化学奖授予科恩伯格，因为他在分子水平上研究了储存在细胞核基因中的信息如何被复制、转送到细胞的其他地方，用以制造蛋白质，这个过程被称为转录，他首次在真核细胞生物中拍摄到了生命中这个动态过程的真实照片。

    持续转录DNA中的遗传信息是所有生命的中心过程。因为DNA分子位于细胞核中，它所携带的遗传信息必须复制到信息RNA分子，再由它带到细胞生产蛋白质的地方，蛋白质构建了生命的器官和功能。

    如果转录过程被干扰，那么细胞中蛋白质的生产就会停止，生命就会死亡。比如，一种形状如伞的毒菌有死亡之帽之称，因为伞帽上的毒素会抑制在转录过程中起核心作用的RNA—聚合酶的功能，几天后，当毒素从肠扩散到肝和肾时，它们就被损害了。而且，包括癌症、心脏病和各种不同炎症的发生也与转录过程出现问题有关。

    身体中所有的细胞都含有相同的遗传信息，但为什么不同的细胞总是各司其职呢？比如皮肤细胞负责皮肤细胞的更新、肝脏细胞负责肝脏的更新，原因是这些器官中遗传信息的转录方式不同。要了解干细胞为何能分化成不同的细胞，必须深刻认识遗传信息的转录过程是如何被调控的，这也有助于在医学上实现干细胞的全部潜能。

    DNA分子有4个基本的构件，即碱基G、C、A、T，碱基对是由氢键连结的一对互相匹配的碱基。RNA也是由相应的碱基构成。隐藏在这些分子中的遗传信息是由这些碱基的排列方式决定的。因此，遗传密码仅仅由4个字母组成。

    DNA分子是由碱基对联结起来的双螺旋分子链。当DNA双螺旋分开成单链并以此创建RNA链的模板时，转录过程便开始了。一个基本的问题是：究竟是什么样的机制保证RNA的碱基对按对应于DNA单链的正确序列结合在一起？答案隐藏在一个控制这个过程的特定酶中：RNA—聚合酶。解开这个谜的人是科恩伯格。

    家学渊源 承前启后

 科恩伯格1947年出生于圣路易斯，是家中的长子，他有两个弟弟。12岁时，他随父亲前往瑞典斯德哥尔摩领取诺贝尔奖，当父亲问他在圣诞节需要什么时，他说：“在实验室呆一个星期。”

    小科恩伯格1967年毕业于哈佛大学，1972年在斯坦福大学获得博士学位，之后到英国剑桥跟随诺贝尔奖获得者亚当·克鲁格和弗朗西斯·克里克攻读博士后，他的研究对象是真核生物细胞核中由核酸与蛋白质组成的核酸复合物——染色质。他的主要研究领域是生物化学，研究对象是RNA—聚合酶。如今，他是斯坦福大学结构生物学教授。

    2001年，科恩伯格创建了第一张RNA—聚合酶的全动态照片。在这幅图片中，如丝带般杂乱的分子是RNA-聚合酶，它们支撑着单链DNA分子。这些聚合酶分子在保持DNA链处于正确位置时也创建了一个极小的“空穴”，这个空穴只允许与DNA链上的碱基配对的碱基进入RNA链，这样，通过一个个的碱基配对，RNA链就像拼凑七巧板一样形成了。

    诺贝尔奖的公告中称：“这张照片真正革命性的地方是科恩伯格抓着了转录的过程。我们在这张照片中看到了RNA链的形成过程，DNA分子、聚合酶和RNA在这个过程中的精确位置。”

    这张图片是怎么创建的呢？科恩伯格采用了一个绝妙的方法。在RNA链的形成过程中，他从溶液中取走其中一个必需的碱基对，导致RNA链在需要这个碱基对的插入时因找不到它而将转录过程停止，然后创建出这些分子的晶体，再用X射线拍照，利用这种照片，计算机计算出分子中原子的真正位置，这张图片就是由一台计算机这样制作出来的。

    今天，为了描述一个生物分子而将它们制作成晶体并不是一件难事，然而，要在晶体中抓住一个化学反应的瞬间却异常困难，仅仅拥有良好的晶体学技术是不够的。剑桥大学的转录专家Steve Jackson赞美科因伯格的全才风格，他对《自然》杂志说：“罗杰采用的方法结合了生物化学、结构生物学和分子遗传学和功能研究。”

    十年培育酵母细胞模式

    科学家们曾经相信真核生物与细菌的转录过程非常类似，然而，经验证明真核生物的转录过程复杂得多，第一个RNA-聚合酶就是从哺乳动物的肝脏中提取的，但研究这类分子极为困难。因此，细菌成为第一个用于转录过程研究的生物。

    1965年诺贝尔生理学或医学奖授予雅克、莫诺和洛夫，以表达他们对细菌转录过程的详细描述。除RNA-聚合酶外，还有一个名为西格马因子的分子在细菌转录过程开始时是必要的，它附着在RNA-聚合酶上，通过识别DNA链上的特别密码来告诉RNA-聚合酶遗传信息的起点和终点。但科学家们在真核生物中没有发现相应的西格马因子。原来，真核生物中的西格马因子是5个不同的分子复合体，它们统称为普通转录因子，然而，寻找并提取这5个转录因子是一件辛苦的工作。

    科恩伯格在这一阶段的贡献是发展了用于实验室研究的全新酵母细胞体系。酵母像人类一样是真核生物，但它比其他真核生物更容易操作，尽管如此，科恩伯格小组用了10年的时间才培育出适合用于转录过程研究的酵母细胞系统，功夫不负有心人，这个系统让他得以提取出充足的RNA—聚合酶和其他转录因子，并将它们制作成晶体。

    在这个酵母细胞系统中，科恩伯格还发现了控制转录过程开关的另一种分子复合体——调节器，它指挥特定遗传密码的开或闭，从而只转录特定的信息，如生成肝脏或肾脏的信号。诺贝尔奖公告称调节器的发现是“认识转录过程的一个真正里程碑”。

    情理之中 意料之外

    2006年10月的第一周成为斯坦福大学和科恩伯格家族的“诺贝尔奖周”，10月2日，该校的遗传学家安德鲁·菲尔荣获诺贝尔生理学或医学奖，10月4日，科恩伯格获诺贝尔化学奖。老科恩伯格是1959年的诺贝尔生理学或医学奖得主。科恩伯格父子成为历史上第6对获得诺贝尔奖的父子。如今，老科恩伯格是斯坦福大学的荣誉退休教授，10月4日，他在大学为儿子获奖举行的新闻发布会上说：“一段时间以来，我认为他完全配得上这个奖”，“他的工作令人敬畏”。

    但在新闻发布会上，小科恩伯格仍为获奖的消息而目瞪口呆，他说，当别人说他也应该获得诺贝尔奖时，他认为这是不可能的事，最近几年他也曾想过这种可能性，但当它真正来临时仍然感到震惊，他说：“这是不可能期望的事。”

    科恩伯格独享诺贝尔化学奖表明他所揭示的结构信息的重要性，有人认为科恩伯格的这项研究也应该获得生理学或医学奖，但英国癌症研究中心的基因转录专家Jesper Svejstrup说：“在根本上，这是化学。” 
聚焦2006诺贝尔科学奖：在“沉默”中爆发  
 
 对生物体内RNA(核糖核酸)的研究是近年来生物学界和医学界无可争议的热点。曾有科学家形容：这是一个RNA的时代。而这样一个热门领域的产生，源于1998年美国人安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛在《自然》上杂志发表的一项研究成果：他们首次将双链RNA导入线虫基因中，并发现双链RNA较单链RNA能更高效地特异性阻断相应基因的表达，他们称这种现象为RNA干扰。他们的这一发现也促使后来的科学家认识到，生物体的基因转化最终产物不仅仅是蛋白质，还包括相当一部分RNA。

    基因沉默的“幕后使者”

    中国科学院生物物理研究所蛋白质工程实验室主任、国际人类基因组组织委员陈润生研究员在接受《科学时报》记者采访时评价说：“安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛的重大发现，为人类对生命的研究开辟了一个非常广阔的领域。有些科学家认为，他们的这一研究成果好像宇宙学中的暗能量，是生物研究的一个全新世界。他们获得诺贝尔奖是名副其实的。”

    其实早在上个世纪70年代，人们就认识到了RNA会影响生物体的整个生命活动。但当时人们对于RNA的理解，还仅限于生物体的基因是由DNA(脱氧核糖核酸)通过转录形成信使RNA，随后翻译形成蛋白质才能起作用。

    1990年，科学家为了加深矮牵牛花的紫色，添加过量的合成色素的基因拷贝进入细胞，结果事与愿违，不仅转入的基因未表达，而且自身的色素合成也减弱了，转基因的花出现了白色或全白色，当时他们把该现象称作共抑制。后来在对真菌、线虫、果蝇、老鼠等动物细胞的进一步研究中，这种现象也得到了确认。

    陈润生说，直到1998年，科学家才真正认识到这种分子的力量。“RNA干扰”现象是在线虫实验中观察到的，安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛将外源的双链RNA加入到线虫的基因中，发现它能抑制特定基因表达相应的蛋白质，首次证明此过程属转录后的“基因沉默”，并证明了小RNA分子是某些基因抑制现象的“幕后使者”。

    另一类基因被发现

    “许多人将这个词翻译为RNA干扰，而我更倾向于将它解释为RNA干涉。”陈润生说：“因为干涉的意思更能体现RNA是对于特定的目标基因起作用，而不是杂乱无章的。”

    生物体的这一机制被安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛揭示之后，科学家推论，这一机制本身应是为生物体内部服务的。果然，科学家随后发现，生物体体内本身也存在这种产生双链RNA的基因，只不过一直没有被发现而已。

    陈润生解释说：“这种RNA就叫做小RNA基因，也是生物体遗传密码的一部分。这种RNA基因实际上是内源性的。以前人们一致认为RNA最后的产物是蛋白质，这种传统意义上的由DNA产生单链RNA的基因现在通常叫作编码基因；但小RNA基因的发现让人们认识了另外一类基因，它们的最终产物是RNA。小RNA就是其中一种，小RNA是双链的，较一般RNA短得多，它能对细胞和基因的很多行为进行控制，可指导染色体中的物质形成正确的结构。这些最终产物是RNA的基因叫做非编码基因。目前在高等生物体内发现的非编码基因数量越来越多。从RNA干扰现象发现对RNA调控的一套全新的机制，是这几年生物学中的重大革命。”

    RNA干扰机制的发现引导人们发现了一种全新的基因。科学家们逐渐发现，非编码基因的数量是非常大的，在高等生物体内，科学家们认为非编码基因的数量可以和编码基因相比拟。“这个发现使得我们人类对基因的研究从只有一个蛋白质的世界变成了RNA和蛋白质两个功能元件组成的两种元件的世界。这让我们人类对各种生物的了解变得更加丰富、更加多样，并且能更好地说明生命的复杂性和多样性。”陈润生说。

    有望用于基因治疗

    陈润生认为，利用RNA干扰研究基因功能是对基因基础研究的一个便捷工具。科学家利用RNA干扰对目标基因进行特异性的表达沉默，通过观察其表达被抑制后细胞乃至生物体从形态到各项生理生化的变化来推导该基因的功能。

    最近的研究发现，这些自身存在的RNA不但在高等动物中有，在高等植物中也有。2003年科学家发现，病毒中也存在这种基因，现在几乎所有的生物中都被证明存在这样的非编码基因。

    陈润生介绍说，目前，RNA干扰现象的后续研究实际上是朝着两个方向发展的：一是基础研究方面，继续研究在生物体内存在的RNA基因的功能、调控机制以及和蛋白质(编码基因)的关系；二是深入研究RNA干扰现象，把RNA干扰现象用到可能应用的情况，比如说医疗实践，用于抑制肿瘤和其他疾病的基因。

    “这种技术还被用于基因治疗研究，很多医学研究也正在利用这种技术，希望直接从源头上抑制致病基因，以治疗癌症甚至艾滋病等重大疾病。”陈润生说：“目前，已有研究证明在培养的哺乳动物细胞中，RNA干扰可用于抗病毒和抗肿瘤等的基因治疗。艾滋病、老年痴呆症等重大疾病今后都有可能通过这种新途径被治愈。此外，对于特定疾病的诊断，以后不一定只能以蛋白质为指标，RNA也可能成为检测重大疾病的标识物。这个领域未来的前景是非常广阔的。”

    陈润生认为，此次诺贝尔生理学或医学奖颁发给仅仅发表8年的成果，正是看到了这项发现给世界带来的巨大影响和变革。虽然对于RNA的研究现在还存在许多不成熟的地方，但随着人类对其认识程度的提高，这项技术终将会使人类受益。

    目前，我国在这方面研究处于上升趋势，虽然起步较晚，但近几年来致力于RNA研究的课题组逐渐多起来，并且，“973”、国家基金委等也将RNA研究立项并列为重大项目。 

聚焦2006诺贝尔科学奖：沉默基因闪亮登场  

 1998年2月19日，两位遗传学家和同事在英国《自然》杂志上发表了一篇题为《双链RNA在秀丽隐杆线虫中有力而独特的遗传干扰作用》的论文。其中一位是华盛顿卡内基研究所胚胎学部39岁的安德鲁·菲尔，另一位是马萨诸塞大学癌症中心38岁的克雷格·梅洛。

    2006年10月2日，瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖评审委员会宣布，2006年度诺贝尔生理学或医学奖共同授予安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了“RNA干扰机制—双链RNA沉默基因”。

    今年47岁的菲尔现在是美国斯坦福医学院病理学和遗传学教授，10月2日凌晨2时左右，他在家中的厨房得知自己获得了诺贝尔奖。那一刻，他兴高采烈，但立即意识到科学是一项伟大的事业，他想到了所有帮助过这项研究的人们，认为自己实际上不过是这个伟大轮子中的一个小小齿轮。

    今年46岁的梅洛现任马萨诸塞州医学院分子医学教授，与菲尔相反，他是在清醒状态中得知这一消息的。凌晨时分，他为患Ⅰ型糖尿病的女儿检查血糖，指标很正常，在回寝室的途中，电话骤然响起，这是一个来自瑞典的电话。这一刻，菲尔确实是双喜临门。他说：“刚开始我不相信，我认为这项研究不可能这么快就被完全理解。我认为自己太年轻不可能获奖，获奖应该是几年后的事。我还没有准备好。”

    诺贝尔奖评审委员会的公报中称：“他们的发现澄清了许多令人迷惑和矛盾的实验结果，揭开了大自然控制遗传信息流动的一种机制，他们开创了一个崭新的研究领域。”

    中心法则的困惑

    生命的遗传信息储藏在细胞核中的脱氧核糖核酸(DNA)中。DNA的信息被信使核糖核酸(mRNA)复制，mRNA再将这一指令送到生产蛋白质的细胞质中。弗朗西斯·克里克(France Crick)是1962年诺贝尔生理学或医学奖获得者，他将遗传信息从DNA通过mRNA转到蛋白质的流动过程称为分子生物学的中心法则。从消化食物的酶、大脑中接受信息的受体，到防御细菌的抗体，蛋白质与生命的过程息息相关。

    人类基因组有约3万个基因。然而，只有少部分基因在细胞中发挥作用。基因的表达主宰了蛋白质的合作，这一过程由mRNA复制DNA信息的转录机制所控制。早在40多年前，法国诺贝尔奖获得者雅各布(Francois Jacob)和莫诺(Jacques Monod)发现了基因表达的基本调控机制。今天，我们知道这一机制主宰着从细菌到人类的整个进化过程，科学家们在此基础上发展出基因技术，也就是说将DNA序列注入细胞中生产新型蛋白质。

    上世纪90年代，分子生物学家们得到了一系列难以解释的意外结果，其中最引人注目的是，生物学家们观察到：为了增加矮牵牛花花瓣的颜色深度，他们将一种形成花朵红色的基因注入花中，结果不仅花朵的颜色没有增加，而且花儿完全退色，花瓣变成了白色。究竟是什么机制导致这种异常现象呢？科学家们为此困扰不已。

    发现的那一刻

    面对植物学领域出现的一系列不可思议的基因沉默实验结果，菲尔和梅洛决定研究基因的表达究竟是如何被控制的。菲尔当时在卡内基华盛顿研究所工作，他说，对实验的嗅觉将他和梅洛引入这个领域。两人对生命周期只有9天的秀丽隐杆线虫的实验研究揭开了这个谜底。

    他们将一种编码肌肉蛋白质的mRNA注入秀丽隐杆线虫中，发现线虫的行为并没有由此产生什么变化。携带的这种遗传密码的mRNA被称为“正义mRNA”，携带反遗传密码信息的mRNA则被称为“反义mRNA”。两人又将反义mRNA注入线虫中，同样没有发生什么变化。但是，当他们将正义和反义mRNA同时注入线虫时，线虫出现了奇特的颤搐运动。类似的运动在编码这种肌肉蛋白质的基因完全缺失的小鼠中出现过。梅洛回忆说：“这是发现的那一刻，双链RNA沉默了基因!这是多么令人激动而有趣的现象。”

    为什么会出现这种现象呢？原来，当正义和反义mRNA相遇时，它们彼此纠缠形成双链RNA。菲尔和梅洛推测：是这种双链RNA分子沉默了携带了同样遗传信息的基因吗？他们将携带另外几种线虫肌肉蛋白质遗传信息的双链RNA分子注入线虫体内。在每次实验中，携带某种遗传密码的双链RNA总能沉默含有相同密码的基因的表达，因此由这种基因编码的蛋白质就不再形成。

    在一系列简单而出色的实验后，菲尔和梅洛认为，双链RNA能抑制含同样密码的特定基因的表达，这种RNA干扰现象可在细胞间扩散甚至能遗传。他们认为这种RNA干扰是一种催化过程。他们的研究结果发表在1998年2月19日出版的《自然》杂志上。

    揭开谜底

    在此之后的几年中，菲尔和梅洛开始研究单链RNA不能沉默基因的原因，他们揭开了双链RNA干扰机制的秘密。

    双链RNA被一种名为Dicer的蛋白质识别并与之结合在一起，Dicer将双链RNA切割成碎片般的小片段。之后，小片段与另一种名为RISC的蛋白质结合在一起，RISC会去除双链RNA小片段中的一个链，只留下单链RNA与自己在一起。结果，这种RISC复合体像侦探一样探测mRNA分子，一旦mRNA与自己的RNA片段所携带信息匹配，RISC复合体就将它与自己结合起来，然后把它切割片断并毁灭。对应的基因就这样被沉默了。

    RNA干扰是生命体尤其是低等动物对付病毒的一种自然防御机制。许多病毒含有双链RNA遗传密码，当这类病毒感染细胞时，它会向细胞注入它的RNA分子，这种分子立即与Dicer结合，RISC被激活，病毒RNA因此被降解，感染的细胞得以生存。除了有这样的防御机制外，像人类这样的高等动物还发展出包括抗体、杀手细胞和干扰素这类的免疫防御系统。

    拓展全新领域

    菲尔和梅洛的发现打开了崭新的篇章。如今，RNA干扰技术已被用于调控人类基因的表达。我们身体中的几百个基因可编码一种名为microRNA的小RNA分子。这种小分子含有其他基因的几种密码，它能形成双链RNA结构，激活RNA干扰机制从而阻断蛋白质的合成。

    科学家认为，RNA干扰技术不仅是研究基因功能的一种强大工具，不久的未来，这种技术也许能用来直接从源头上让致病基因“沉默”，以治疗癌症甚至艾滋病，在农业上也将大有可为，在最近的动物实验中，RNA干扰技术成功地沉默了小鼠体内导致高胆固醇的基因。前景令人兴奋，新机会还在不断涌现，但也有科学家警告RNA干扰的潜在危险，比如实验也显示它能致死小鼠。研究人员必须在临床试验中小心谨慎。

    尽管RNA干扰的应用方兴未艾，但梅尔的兴趣仍然在基础研究上。他说：“至今我们对这种机制还有许多不了解的地方。如今，看到如此之多不同领域的人都聚集在一起研究这种机制，这是多么激动人心的事。” 

 

生理学或医学奖：“沉默”是金

　　据新华社北京10月2日电（记者林小春）1990年，曾有科学家给矮牵牛花插入一种催生红色素的基因，希望能够让花朵更鲜艳。但意想不到的事发生了：矮牵牛花完全褪色，花瓣变成了白色！

　　类似谜团直到美国科学家安德鲁·法尔和克雷格·梅洛发现RNA（核糖核酸）干扰机制才得到科学的解释，两位科学家因此荣获今年的诺贝尔生理学或医学奖。

　　根据法尔和梅洛的发现，科学家在矮牵牛花实验中所观察到的奇怪现象，其实是因为生物体内某种特定基因“沉默”了。导致基因“沉默”的机制就是RNA干扰机制。

　　此前，RNA分子只是被当作从DNA（脱氧核糖核酸）到蛋白质的“中间人”、将遗传信息从“蓝图”传到“工人”手中的“信使”。但法尔和梅洛的研究让人们认识到，RNA作用不可小视，它可以使特定基因开启、关闭、更活跃或更不活跃，从而影响生物的体型和发育等。科学家认为，RNA干扰技术不仅是研究基因功能的强大工具，不久的未来，也许还能用来直接从源头上让致病基因“沉默”，以治疗癌症甚至艾滋病。

化学奖：描述真核细胞的转录

　　据新华社北京10月4日电（记者任海军）真核生物如果想应用存储在基因里的信息，必须先将信息备份并传送至细胞外层，细胞再利用这些信息生产蛋白质，这个备份过程被称作转录。美国科学家罗杰·科恩伯格正是因为揭示了这一过程而获得了本年度诺贝尔化学奖。

　　现年59岁的科恩伯格目前供职于美国斯坦福大学医学院，他是首次在分子水平上揭示真核生物转录过程如何进行的科学家。这一过程具有医学上的“基础性”作用，因为人类的多种疾病如癌症、心脏病等都与这一过程发生紊乱有关。理解这一过程有助于人们寻找治疗上述疾病的方法。

　　真核生物是有细胞核的生物，相比起细菌更为复杂，动物和植物都是真核生物。此外，理解转录过程也有助于人们理解干细胞如何发展成不同的特定细胞。干细胞，特别是胚胎干细胞，能分化成不同种类的体细胞。科学家相信，将来可以利用人类胚胎干细胞修补人体受损的组织和器官，治疗多种疾病。