山中伸弥。 (南方周末资料图)
格登用疯狂的实验挑战了传统发育生物学的“教条”,而山中伸弥则在诱导干细胞方面取得突破。
2012年10月8日,瑞典皇家科学院宣布把今年的诺贝尔生理学或医学奖颁给两名在“逆转细胞生命”领域做出突出贡献的科学家——英国的约翰·戈登(John Gurdon)和日本科学家山中伸弥。
至少山中伸弥的获奖从他发表那项突破性发现的那天起就在科学家们的预料之中。
他在2006年8月和2007年11月先后发表两篇论文,报告首次利用人体表皮细胞制造出了类胚胎干细胞。这项成果当即引起轩然大波,最开始许多人感到难以置信,后来有更多的研究对其进行了验证。不但科学家们普遍认为这是一项诺贝尔奖级别的发现,而且政策分析家认为这对与干细胞相关的政治问题也是一次“地震”。
这个过程在相当长的时间里曾被科学界认为是不可能的逆转。
约翰·戈登。 (南方周末资料图)
“不可能”的逆转
和生命的起源一样,多细胞生物如何从胚胎发育成性成熟的个体是当代生命科学中的谜题。
科学家渐渐认识到,多细胞生物的胚胎中有一种神奇的细胞,这种神奇的细胞随着时间推移开始分化,并有序地发育成由千百万种不同细胞组成的器官和组织。它被称为“胚胎干细胞”。当细胞老去后,这种分化的能力便不再有了。
这个过程是否能逆转而让细胞“返老还童”?在胚胎学研究出现前,逆转细胞发育程序被视为“不可能”。
早在1938年,德国生物学家汉斯·斯佩曼(Hans Spemann)在《胚胎发育和诱导作用》一书中提出,通过移植细胞核的方法来研究胚胎细胞中细胞核的分化能力。
他甚至设想出并不完美的实验方法:“第一步,分离细胞核;第二步则要把分离的细胞核引进入一个去核的卵细胞中去。”至于如何操作,他说,“目前我还想不出什么办法”。
1952年,美国科学家伯内格斯(Briggs R)和金(King TC)成功实现了斯佩曼的假设。将两栖动物豹蛙(Rana Pipiens)非常“年轻”的胚胎细胞核移植到同种生物去核卵细胞后,他们发现,卵细胞最终发育成了成体蛙。如果用“老”一点的胚胎细胞细胞核进行移植,卵细胞则只能发育到蝌蚪。
在这之后,科学家在蝾螈、蟾蜍等两栖动物身上进行了一系列实验。伯内格斯和金的实验得到了验证。
这让大家相信,胚胎细胞核具有分化的全能性,胚胎发育越早,细胞核全能型越高。随着胚胎继续发育,细胞核分化能力便逐渐降低了。而对于成体中已经分化的细胞(如肌肉、神经、大脑中的细胞),其细胞核完全没有了分化的可能。
也就是说,细胞的发育好比一台按照程序运转的机器,程序由细胞核事先编排好,并单向地进行。发育一旦开始,程序便不可再逆转。
这样的观念一直持续到约翰·戈登的出现。
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