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  他们为什么获得了诺贝尔奖 谢静瑜  
 

□谢静瑜

基因打靶技术带来21世纪医学史上的革命

10月8日,美国科学家马里奥-卡佩奇(Mario R. Capecchi)和奥利弗-史密斯(Oliver Smithies)、英国科学家马丁-埃文斯(Martin J. Evans),分享2007年诺贝尔生理学或医学奖,他们在小鼠基因打靶技术方面做出了卓越的贡献。这三名科学家是因为他们在干细胞研究领域所取得的非凡成就而获此奖项的。

小鼠基因打靶(Gene targeting)就是定点突变小鼠胚胎干细胞的某个特定基因(例如生长因子基因),使之发育成为稳定携带这个突变基因的小鼠品系的一种基因转移和改造技术。虽然基因转移和改造技术对多数人来说还比较陌生,但其成果已经渗透到我们日常生活的许多领域,例如转基因食品,生物工程药物等都是,基因打靶技术也是其中之一。大的范围说,小鼠基因打靶属于转基因动物技术的一种。基因打靶技术对研究人体基因的功能有很大贡献,人有大约20000-30000个编码蛋白的基因,寻找致病基因就是研究基因和疾病的关系。有两个大的研究思路:一是从疾病本身入手找相关基因,属于经典遗传学范畴,能够找出一部分。二是先搞清人所有的基因,分析各个基因的功能,历时13年的人类基因组计划的顺利完成,这个途径便成为快速通道,基因打靶技术是目前研究小鼠基因功能的常规技术,也是最佳手段。由于人和小鼠有不少基因的功能相同,分析一系列转基因小鼠的异常,提供了基因和功能的关联信息,所以说基因打靶技术帮助我们搞清楚了许多人体基因的功能。

在老鼠身上进行的“基因打靶”技术,极大地影响了人类对于疾病的认识,已被广泛应用在几乎所有生物医学领域——从基础研究到新疗法,使得人类对于心脏病、癌症和糖尿病等多种疾病有了更加深入的了解。随着现代分子生物学技术的发展和人类基因组图谱的完成,功能基因组学研究大规模启动,基因打靶已成为研究基因功能最直接和最有效的方法之一。基于基因打靶途径建立的医学病理动物模型在人类遗传性疾病的基因治疗中发挥着不可估量的巨大作用。基因打靶技术将对哺乳动物发育生物学、免疫学、肿瘤神经生物学和医学遗传育种等学科产生深远的影响。所有这些,必将带来21世纪人类医学史上的一次革命。

“巨磁电阻”的发现是全球电子化进程中的革命

10月9日,法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因发现“巨磁电阻”效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。

“巨磁电阻”效应的重大现实意义在于单位面积介质存储的信息量得以大幅度提升。 1988年,费尔和格林贝格尔各自独立发现了一种特殊现象:非常弱小的磁性变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化。由于这一电阻相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上,这一效应被称为“巨磁电阻”效应。根据这一效应开发的小型大容量硬盘已得到广泛应用。借助“巨磁电阻”效应,人们能够制造出更加灵敏的数据读出头,将越来越弱的磁信号读出来后因为电阻的巨大变化而转换成为明显的电流变化,使得大容量的小硬盘成为可能。

1997年,第一个基于“巨磁电阻”效应的数据读出头问世,并且很快就此引起了硬盘“大容量、小型化”的革命。如今,包括在笔记本电脑、微型音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的大容量硬盘,基本都应用了“巨磁电阻”效应,这技术已经成为业界新的标准。如今最尖端的读取技术也不过是巨磁电阻效应技术的进一步发展而已。

瑞典皇家科学院评价说,基于“巨磁电阻”效应开发的“用于读取硬盘数据的技术”,被认为是“前途广阔的纳米技术领域的首批实际应用之一”。“巨磁电阻”效应的发现是全球电子化进程中的一次革命。它使得硬盘存储信息的能力大大提高,这对笔记本电脑、MP3音乐播放器以及其他便携式媒体播放器的发展起到重要作用。诺贝尔物理奖之所以授予这两位杰出的科学家,不仅仅是因为他们发现的“巨磁电阻”效应已经大范围地获得了实际应用,造福于人类,更重要的是该发现还有着极其巨大的潜力,有望在将来大大推动人类社会的信息化进程。

现代表面化学研究的奠基人

10月10日,诺贝尔奖委员会将诺贝尔化学奖授予格哈德·埃特尔,表彰他在表面化学所作的开创性研究。格哈德·埃特尔,1965年在德国慕尼黑工业大学获博士学位,现为德国柏林弗利兹-哈伯学院名誉教授。他是表面化学的奠基人之一,他的工作带动了现代表面科学的发展。

表面化学对于化学工业很重要,它可以帮助我们了解不同的过程,例如铁为什么生锈、燃料电池如何工作、汽车内催化剂如何工作等。此外,表面化学反应对于许多工业生产起着重要作用,例如人工肥料的生产。埃特尔的研究发现,氨的合成反应在铁催化剂表面进行时效率大大提高,使这一技术的产业化成为现实,这给人类社会的农业生产带来了巨大的经济效益。表面化学甚至能解释臭气层破坏,半导体工业也是与表面化学相关联的领域。

正是由于半导体工业领域的发展,才有了现代表面化学科学在上世纪60年代的出现。格哈德·埃特尔是最先发现这些技术潜力的科学家之一。通过演示不同的实验步骤如何被用于行程一副表面反应的完整画面,他逐渐创立了一套表面化学的方法论。此外,格哈德·埃特尔还通过展示在这个复杂的研究领域如何取得可信的结果而创立了一门实验学派。他的洞察力为现代表面化学提供了科学基础,而他的方法论则在学术研究领域和化学的工业应用领域都得到了广泛的普及。

我们回顾诺贝尔奖的历史,不难发现科学发现曾经占了很大比重,似乎给人一个诺贝尔奖偏重科学发现的一个印象。然而,最近几年获奖的技术发明,如聚合链式反应(PCR)技术和今年的基因打靶技术,其应用之广泛大大超过了许多既往获奖的科学发现。诺贝尔奖评委们传递出的信息已经逐渐成为大家的共识:在探索未知的过程中,重大技术发明的意义与科学发现同样重要。


 
   
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