我们没有一直被癌症困扰有三个原因,今天,发现这些原因的科学家们——即细胞修复可能破坏身体的受损DNA的三种方式——赢得了2015年诺贝尔化学奖。
今天早上,瑞典皇家科学院宣布,这一令人垂涎的奖项将授予来自英国赫特福德郡弗朗西斯·克里克研究所和克莱尔霍尔实验室的托马斯·林达尔;来自美国北卡罗来纳州霍华德·休斯医学研究所和杜克大学医学院的保罗·莫德里奇;以及来自美国北卡罗来纳州教堂山的北卡罗来纳大学的阿齐兹·桑贾尔。“我知道,多年来,我一直被提名这个奖项,”林达尔在给学院的电话中说。“但是每年有数百人被考虑,所以我感到非常幸运。”
他和另外两位研究人员,在过去40年中独立工作,描述了三种不同的机制,这些机制会在控制细胞行为的DNA分子中产生错误,以及化学和生物过程修复这些问题的不同方法。
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诺贝尔化学委员会成员、生物化学家克拉斯·古斯塔夫松说:“所有形式的癌症都始于DNA损伤。”“如果没有DNA修复,我们就会有更多的癌症。这就是它有多么重要。”他补充说,修复技术使我们了解吸烟、阳光,甚至像水这样的普通物质如何损害DNA,并指出可以纠正损伤的方法。
美国化学学会主席黛安·格罗布·施密特在接受《大众科学》采访时表示,这不仅仅关乎癌症。“我们对这些机制的理解有助于我们设计药物来修复各种DNA错误,”她说。例如,还有一些遗传性疾病是由细胞无法正确修复DNA引起的,而对修复方法的研究有助于理解这些疾病以及如何治疗它们。
施密特补充说,这些发现说明了化学的关键和核心作用。“这些机制从根本上讲是关于化学键的形成和断裂,”她说。
科学家们过去认为DNA分子非常稳定。毕竟,它们必须可靠地将遗传信息从一代传递到下一代。然后在1970年代,林达尔证明了整洁的双螺旋结构及其组成部分会不断衰减。每天,数百个组成部分,缩写为A,T,C和G的DNA构建块化学物质,会被从它们的位置上击落。如果该过程持续不减,地球上生命的进化将是不可能的。这一见解使林达尔发现了一系列酶和反应,称为碱基切除修复,它不断地工作以对抗这种衰减。例如,C构建块会反复分解为另一个不应存在于DNA中的分子。林达尔发现的酶会识别出该分解的分子并将其重建为C。
桑贾尔发现细胞使用另一种技术来修复紫外线对DNA造成的损伤,紫外线也会导致晒伤。这种DNA修复称为核苷酸切除修复。如果出生时此修复系统存在缺陷的人暴露在阳光下,就会患上皮肤癌。切除酶会切除DNA损伤。细胞还会使用此修复系统来纠正人们出生后遇到的诱变物质造成的DNA损伤。
最后,莫德里奇发现了细胞如何纠正细胞分裂这种重要生物过程中发生的错误,即复制DNA时。此复制过程应产生相同的DNA链,但通常新链中存在不匹配的部分。莫德里奇发现的细胞化学物质集合,称为错配修复复合物,会扫描链并修复它们,从而在每个复制周期中将复制过程中的错误频率降低约一千倍。(莫德里奇与人合著了一篇《大众科学》关于基因工程的文章。)
林达尔说:“如果没有所有这些修复机制,我们不会长寿。”由于发现了这些机制,他和另外两位科学家将平分100万美元的奖金,每人各得三分之一。