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日本科学家下村修因发现一种水母蛋白而获得了2008年诺贝尔化学奖,这种蛋白质一直在帮助科学家跟踪观察蛋白质和细胞的运动以及癌症在全身的传播情况。

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下村修

  下村修(Osamu Shimomura)是长崎原子弹爆炸的幸存者,他说,轰炸机给人一定的美感,在蓝色天空的映衬下闪耀着银色的光芒,然后它会飞过去将爆炸性物品卸在日本长崎附近的工厂里。
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  当年,下村修被派到离城镇大约14千米的一家战斗机工厂干活,工厂旁边有一座小山,从小山上他能够观察过往的飞机。1945年8月的一个星期四,下村修的目光正在跟随着飞机移动,这时飞机突然沿着一个不同寻常的航线飞往市中心的上空。后来,回忆起那次把长崎毁掉了将近一半的原子弹爆炸,下村修仍然记忆犹新:“大约有30秒钟,我们什么都看不见了!闪光之后大约有40秒,传来一声巨大的轰响,并随之感受到了气压的突然变化。我们确定是发生了剧烈的爆炸,但不知道是哪里发生了爆炸。”
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  下村修当年只有16岁,对那次炸弹袭击感到震惊,但是他的身体并未受伤。后来,下村修把没有受伤一事归功于祖母的庇佑——从工厂步行回家后,他全身都被肮脏的高辐射性“黑雨”浸透,祖母坚持要他洗个澡。
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  接下来,下村修创造了一种看似不大可能过上的新生活:他成为一名化学家,他所进行的实验改变了科学家对生物发光的理解——生物有机体能够产生和释放光亮,有时在完全黑暗的环境中也能发光。20世纪50年代,下村修取得了第一个重大成就:一种物质的结晶体能够使一种小型甲壳类动物发光。他写道:“自从战争结束后,我的生活一直是黑暗的。但是,这个发现给了我希望,让我看到了未来的光明。”近10年之后,下村修在一种发出亮光的美丽水母体内发现了一种非同寻常的蛋白质,这一发现为他赢得了诺贝尔化学奖1/3的奖金,该发现也为一种强大的科学工具打下了基础,使生物学家能够跟踪观察细胞和个体蛋白质所产生的错综复杂的运动。
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  坐落在马萨诸塞州伍兹霍尔市的海洋生物实验室宣布了下村修逝世的消息:2018年10月19日,下村修逝世于长崎,享年90岁。从1982年开始,下村博士作为一名资深科学家在这里工作,一直到2001年退休。同时,他也是波士顿大学医学院的名誉教授。
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  夏季,下村博士会到野外开展实地工作。他研究百慕大群岛的发光蠕虫、新西兰的洞穴蠕虫和帽贝,以及很多发光细菌、发光飞虫、发出霓虹色彩的鱿鱼和磷虾等。他的主要发现是一种北美的水母——维多利亚多管发光水母,有时也被称为水晶水母。
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  在普林斯顿大学工作时,下村修的一位同事——生物学家弗兰克·约翰逊(Frank Johnson)——让他注意研究维多利亚多管发光水母,并建议他到华盛顿州的星期五港去,这种水母似乎聚集于那里的普吉特海湾。1961年夏季,两人带上两个研究助理,横跨美国全境,经过7天的行程,一起到达那里。在两个研究助理中,有一位是下村博士的妻子——大久保明美(Akemi Okubo)。
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  在一篇记述获得诺贝尔奖的自传体文章中,下村博士写道:“星期五港实验室是华盛顿大学管理下的一个现场工作站,在这里,每天早晨和傍晚,都有水母不断地顺着潮流飘过来,从实验室所在的码头旁边经过。”
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  利用一个简易的抄网,下村修及其团队开始逐个捞起水母,他们起初用一把剪刀,后来用一台“水母切割机”,将不想要的身体部位去除。当地居民疑惑不解,询问下村博士打算如何吃水母,他们不相信这些水母是用来研究的。到夏季结束时,下村修团队已经从10 000个水母中获取了标本。第二年年初,通过这些标本,下村修分离出一对发光蛋白质。
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  第一种蛋白质叫水母素,是最有前途的一种蛋白质,后来被用作钙指示剂。第二种蛋白质叫绿色荧光蛋白(GFP),这种蛋白质在紫外线下散发出绿色荧光。在此后20多年的时间里,人们一直对这种蛋白知之甚少。直到哥伦比亚大学生物科学教授马丁·查尔菲(Martin Chalfie)将这种蛋白质用于研究透明蛔虫,情况才有了转机。
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  2008年,查尔菲对《纽约时报》的记者说:“如果把这种荧光蛋白注入透明的蛔虫中,我就能够看到正在形成这种蛋白的细胞了。”
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  伍兹霍尔海洋研究所的道格拉斯·普拉舍(Douglas C.Prasher)发现了制造绿色荧光蛋白的基因之后,查尔菲将这种基因注入大肠杆菌之中,然后于1994年又将该基因注入几条蛔虫的细胞中,结果形成了一种所谓的“分子灯”,这种分子灯在紫外线下发出绿色的光。
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  现在,研究人员对某些过程进行跟踪研究时(如大脑中神经细胞的发育过程和癌症在全身扩散的过程),下村博士的水母基因就用来“标记”细胞内的不同蛋白以及生物体内的不同细胞。由于在GFP领域所做的研究,下村博士、查尔菲和钱永健(Roger Y.Tsien)三位科学家分享了2008年的诺贝尔化学奖。(2016年逝世的钱永健丰富了荧光的色彩。他发现,改变GFP基因可以创造出不同的色彩,而且可以使发出的光更明亮。)
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  在一次电话采访中,海洋生物实验室主任尼泼姆·帕特尔(Nipam Patel)表示:“获奖者的研究工作在显微镜成像和生物成像领域引起了一场重大变革。利用GFP可以确切地看到生物体内正在发生的情况——可以看到神经元在做什么,它们是如何连接在一起的;可以监测单个蛋白质在一个细胞内正在起什么作用,也可以观察单个细菌在一个种群之内的活动情况。这就改变了科学家做实验的方式,以前我们往往是利用死体做实验,然后再努力猜测其活着的时候到底发生了什么;现在,你可以在情况发生的同时观察这些过程。”
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  下村修是一名陆军上尉的儿子,1928年8月27日出生于京都的福知山市。他童年有一部分时光是在中国东北度过的,当时他父亲在日本占领军中服役。1944年,二战的局势开始对日本不利,下村修的父亲敦促家人搬到乡下去,躲避美国的轰炸袭击。然而他们并没有搬到乡下,母亲将他们带到自己父母位于长崎附近的谏早市的家中。在那里,下村修和他的同学们被派到一家海军飞机兵工厂劳动,后来这家兵工厂被美国的轰炸机摧毁,他的一些同学也在轰炸中丧生。
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下修村从水母中发现了一种发光蛋白

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  在高中阶段,下村修并不是出类拔萃的学生。由于还要努力应付战争带来的恐慌,他发现自己没有时间进行学习。下村修试图进入三所不同的大学学习,但是三次均被拒绝。最终,尽管他对当药剂师没什么兴趣,但还是被长崎药学院录取了。1951年毕业之后,他在名古屋大学学习有机化学,师从平田义正(Yoshimasa Hirata),并利用日本的甲壳类动物进行了成功的实验,结晶出一种名为“荧光素”的发光化合物。
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  1960年,下村修获得有机化学博士学位。同年晚些时候,他加盟到普林斯顿大学,并一直供职于该大学。直到1982年,他到海洋生物实验室工作。2008年,他获得了日本明仁天皇颁发的文化勋章。
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  在为获得诺贝尔奖撰写的回忆录中,下村博士回忆,他的有机化学生涯几乎完全是出于偶然。在大学期间,他曾经引起了一位教授的注意,这位教授主动把他介绍给名古屋大学的一位分子生物学家。但是,当他到名古屋大学就读的时候,恰逢这位生物学家没有在校,他遇到的是化学家平田义正。平田义正跟下村修聊了几分钟,然后告诉他:“来我的实验室吧,你可以随时开始研究。”下村博士写道:“这是多么令人惊讶啊,因为我们才刚刚认识。我对分子生物学或有机化学都了解不多,因此将要学什么专业对我来说都不重要。我想,平田教授的话可能得到了上苍的指示,于是我做出了决定,去了他的实验室。这个决定似乎成就了我的未来,引导我走向生物发光、水母发光蛋白及绿色荧光蛋白的研究之路。”
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  资料来源?Washington Post

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