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2023-01-31
更新時間:2022-10-04 10:05:47作者:智慧百科
▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊編輯
昨日下午, 授予斯萬特·帕博(Svante P??bo)教授,以表彰他在古基因組學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)。很多人都說今年的諾獎有些冷門,但只要了解帕博教授的工作,就知道其研究對于人類理解自身有著重要意義,和現(xiàn)代人類的健康也有千絲萬縷的關(guān)系。在今天的這篇文章里,藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊將和大家一道走近這位新晉諾獎得主,了解他的生平與研究。
帕博教授在德國的馬克斯·普朗克研究所工作,10月3日正是當(dāng)?shù)氐募倨?,紀(jì)念兩德的統(tǒng)一。當(dāng)他喝完最后一口茶,想要去岳母家接女兒時,一通來自瑞典的電話打了過來。一瞬間,他還以為是自己在瑞典的度假小屋出了什么問題,類似割草機壞了之類。得到獲獎的消息后,他很是驚訝。在隨后的訪談中,他坦言自己雖拿了不少獎項,但從沒想過關(guān)于古人類基因組學(xué)的工作還能入諾獎的法眼。
▲諾獎官方賬號說得知獲獎消息時,帕博教授正在喝咖啡(帕博教授采訪中改說是在喝茶)(圖片來源:諾貝爾獎官方推特;Credit:Linda Vigilant)
帕博從小在斯德哥爾摩長大,諾獎委員會在宣讀名單時也自豪地說今年我們迎來了一位瑞典的獲獎?wù)?。他的母親是一名來自愛沙尼亞的難民,對科學(xué)有著極度的熱愛。她曾在一名叫做Sune Bergstr?m的生化學(xué)家的課題組做研究,后者雖有自己的獨立家庭,卻在一場婚外戀中成了帕博的生父。1982年,Bergstr?m因發(fā)現(xiàn)前列腺素和類似激素的生理作用而共享了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。從這一點上看,帕博可以說是“諾二代”。
《紐約客》2011年的一篇報道曾提到,Bergstr?m每周六會以工作為名,帶著年幼的帕博在不用擔(dān)心自己被認(rèn)出來的地方散步。他的妻子也很默契地從不在周六“工作時間”打電話給他,希望讓這個秘密永被封存。直到Bergstr?m去世前不久,他的兒子才知道有帕博這個同父異母的兄弟。
▲同為諾獎得主的父親并沒有給帕博帶來想象中那么大的影響(圖片來源:Sune K. Bergstr?m – Facts. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2022. Mon. 3 Oct 2022. )
諾獎委員會的采訪玩笑似地提及了帕博的諾獎血緣,問作為諾二代獲獎,是否有什么不一樣的感覺。帕博在聽到問題后沉默了幾秒,長嘆一口氣,然后猶豫地暗示父親對自己的影響并沒有那么大。事實上,他更遺憾自己的母親未能見證這一天的到來,因為是她激勵了自己在科學(xué)道路上的成長。
很小的時候起,帕博就對帶有歷史感的東西感興趣。在瑞典茂密的森林里,他有時能找到史前人類留下的一些碎陶片,并用它們來裝飾自己的房間。有一次,他的母親帶他去埃及旅游。在看到金字塔后,年輕的帕博更是為之深深著迷。讀大學(xué)時,他立志要成為一名埃及學(xué)家。
但大學(xué)課程與他想象得有些不一樣。原本他想要研究木乃伊,然而課程上卻只安排解析象形文字。對此感到無聊的帕博決定改行研究醫(yī)學(xué)和細(xì)胞生物學(xué),卻始終沒有忘記對木乃伊的熱愛。他的博士學(xué)位事關(guān)病毒研究,他卻瞞著導(dǎo)師偷偷研究從古代干尸中提取DNA的方法。
因為害怕導(dǎo)師覺得他不務(wù)正業(yè),即便從一名木乃伊化的兒童體內(nèi)成功提取出了DNA,他也只敢投給一個不知名的小雜志,避免惹是生非。但這篇業(yè)余時間搗鼓出來的論文質(zhì)量極高。在將論文分享給加州大學(xué)伯克利分校的知名生化學(xué)家Allan Wilson教授請求指點后,后者被論文內(nèi)容所驚艷,居然誤認(rèn)為帕博是名年輕的教授,回信說能不能來他的實驗室做訪問。帕博只好回信說自己不僅沒有實驗室,連博士學(xué)位都還沒拿到呢。
圖片來源:123RF
最后,帕博的這篇論文在整理成英文后,以封面文章的形式發(fā)表在了《自然》雜志上,并被《時代》周刊報道,認(rèn)為這是“近期利用分子生物學(xué)取得的最大成就之一”。帕博在瑞典的同僚們對此不以為然,督促他別浪費時間在干尸的奇怪愛好上,趕緊回來繼續(xù)研究病毒。
帕博沒有多少猶豫,離開瑞典前往加州,加入了Wilson教授的實驗室。他們對古代DNA有著相同的興趣。
在諾貝爾獎的官方新聞稿里,將帕博教授對古代人類的基因測序工作稱為“不可能完成的任務(wù)”。這是因為DNA自然的化學(xué)性質(zhì)決定它很容易被降解,同時也會被來自現(xiàn)代人類,甚至是細(xì)菌的DNA污染。想要找到少之又少的古代人類樣本,從中提取出本來就所剩不多的DNA,還要去除污染,準(zhǔn)確分析,聽起來確實不大可能。
▲DNA位于細(xì)胞內(nèi)的兩個不同位置:細(xì)胞核DNA含有大部分遺傳信息,剩下的少部分則位于線粒體中。在古代人類死亡后,DNA會隨著時間推移而降解,也會被來自細(xì)菌和當(dāng)代人類的DNA所污染(圖片來源:參考資料[1])
這正是帕博初到加州時所遇到的巨大挑戰(zhàn)。古埃及人的DNA與現(xiàn)代人極為接近,甚至有些片段一模一樣。我們要怎么做出區(qū)分呢?為了做出技術(shù)上的突破,他選擇拿來自已滅絕動物的DNA來練手,遠(yuǎn)至幾萬年前消失的大樹懶和猛犸象,近至只滅絕了幾十年的塔斯馬尼亞虎。在這些探索的過程中,帕博教授開拓了古基因組學(xué)這一全新的領(lǐng)域。
和他共事的同僚們對他的評價極高,說他將侏羅紀(jì)公園這樣的科幻變成了真實的科學(xué),而倘若沒有帕博教授,古基因組學(xué)也不會存在。難得的是,帕博教授還保持了足夠的謙遜,說這是團(tuán)隊的貢獻(xiàn),而并非只有他個人。
幾年后,帕博教授接到了一通來自德國萊茵州立博物館的電話,問他有沒有可能從一些古老的樣本中提取出有用的DNA,他回答說除非能把樣本給溶解分析,否則不可能知道樣本是否還完好,而成功的可能性大概只有5%。
幾個月后,他收到了一小塊來自古人類的肱骨,它正是后來讓帕博教授聲名鵲起的研究對象——尼安德特人。
最初的尼安德特人樣本在德國的一處石灰?guī)r洞穴中被發(fā)現(xiàn),早先并不為人所重視,還一度被當(dāng)作垃圾處理,其完整程度幾乎肯定大打折扣。一名當(dāng)?shù)氐纳倘司认铝藲埓娴墓瞧瑢⑺鼈兘唤o了一位化石收藏家,后者從中看出了人類的影子。當(dāng)時正值達(dá)爾文出版《物種起源》后不久,這些破碎的骨片也引發(fā)了曠日持久的人類起源爭論。
再后來,人們找到了更多、更完整的尼安德特人骨架。盡管它們的骨頭更厚,頭骨的形狀也顯得奇怪,但解剖學(xué)家們還是從中看到了太多與人類骨架相似的地方,認(rèn)為如果有尼安德特人活到現(xiàn)在,走入紐約市的地鐵,周圍的人不會多注意他一眼。
▲尼安德特人與現(xiàn)代人類很相像(圖片來源:Bacon Cph, CC BY 2.5 , via Wikimedia Commons)
2006年,在尼安德特人發(fā)現(xiàn)150周年之際,帕博教授宣布他將與基因測序公司“454“合作,對尼安德特人的基因組進(jìn)行完整測序。454公司開發(fā)了一種高通量的測序技術(shù),能同時復(fù)制幾萬條DNA片段用于分析。
擺在他們面前的第一個挑戰(zhàn)是獲取足夠的樣本。早些時候博物館寄來的骨片雖帶來了一些遺傳信息,但遠(yuǎn)不足以拼湊出完整的基因組。
在獲得一組來自克羅地亞的全新樣本后,研究人員們成功獲得了幾百萬個堿基對信息,第一個挑戰(zhàn)算是得到了解決,但第二個挑戰(zhàn)隨即而來。后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)這些樣本可能有著現(xiàn)代人類DNA的污染,而且來自尼安德特人的占比少得可憐,來自污染微生物的DNA倒是占據(jù)了80%之多,表明測序工作的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)都毫無意義。帕博教授回憶,當(dāng)時的經(jīng)歷讓人絕望。
在幾十年的探索中,帕博博士和他的團(tuán)隊穩(wěn)步改進(jìn)了從古骨遺骸中分離和分析DNA的方法,終于使DNA測序變得非常高效。原本看似不可能完成的任務(wù),也在2010年被帕博教授順利攻堅——當(dāng)年,他們發(fā)表了首個尼安德特人基因組序列。
在研究過程中,這支團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)改寫了教科書。在項目啟動后約2年,來自哈佛醫(yī)學(xué)院的合作者發(fā)現(xiàn)尼安德特人的基因序列和人類很像,這原本不是新聞。但問題在于,他們似乎和一部分人類更像。具體來說,歐洲人和亞洲人身體里看似有更多與尼安德特人一致的DNA,非洲人的這一比例則要少一些。
研究人們的第一反應(yīng)是又出錯了。因為“走出非洲論“幾乎是當(dāng)時學(xué)術(shù)圈關(guān)于人類起源的唯一理論,指現(xiàn)代人都是來自一小群生活在非洲的古人類,他們大約在20萬年前走出非洲,在全球落地生根。依照距離遠(yuǎn)近,他們大概在12萬年前抵達(dá)中東,5萬年前抵達(dá)歐亞大陸,遇上在歐洲生活的尼安德特人,并取而代之。
▲帕博博士的發(fā)現(xiàn)有著重要意義,它揭示了在智人走出非洲,來到全球各地時,地球上的人口分布情況。尼安德特人住在歐亞大陸的西部,而丹尼索瓦人住在東部。當(dāng)我們的祖先來到這些地區(qū)后,也與他們有過交配,在我們的DNA里留下了永遠(yuǎn)的痕跡(圖片來源:參考資料[2])
在排除了污染的可能性后,帕博教授團(tuán)隊的這一發(fā)現(xiàn)表明,智人祖先取代尼安德特人的過程復(fù)雜而又漫長。他們并非簡單將后者趕盡殺絕,而是曾與尼安德特人發(fā)生交配,生下孩子。這些孩子的數(shù)量并不少,他們之間也會組建家庭,生兒育女,生下更多的后代,最終在歐洲、亞洲以及美洲生長繁衍。
至今,生活在歐亞大陸的現(xiàn)代人體內(nèi),依舊含有大約1%到4%的尼安德特人DNA,這其中也包括漢族人。
在接受諾獎委員會的采訪時,帕博教授說過去的4萬年很特殊,因為我們是這一時間段唯一存在在這個世界上的人類。如果尼安德特人還能活到今天,我們看待他們,或是看待自己的眼光會有哪些不一樣呢?
圖片來源:Photo by The Royal Society, CC BY-SA3.0, Wikimedia Commons
我們已經(jīng)沒有機會去檢驗問題的答案,但我們知道,已經(jīng)滅絕的尼安德特人給現(xiàn)代人的健康留下了足夠大的影響,讓我們意識到自己并沒有那么特別。一些研究顯示,尼安德特人留給我們的DNA雖然不多,但足以改變免疫系統(tǒng)的功能,或是睡眠的模式,又或是情緒的管理。用帕博教授訪談中的話講,他們的確影響了我們的生理(詳見藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊今日次條報道)。
帕博教授也曾思考,有沒有什么尼安德特人帶來的突變,讓現(xiàn)代人變得更加無畏,更具探索精神。他在《紐約客》的報道中發(fā)問,是什么讓古代人類憑借簡陋的船只,朝著一望無際的大海決定出發(fā)?在終于抵達(dá)太平洋中的那些小島前,又有多少人曾葬身于海浪間?這種不知前路如何就貿(mào)然出發(fā)的勇氣,又是為了什么呢?
答案或許隱藏在尼安德特人留給我們的基因里,又或許不是,但這已經(jīng)不再重要。我們只知道,人之所以為人,不僅需要超越一切物種的智慧,也還要再加上一點點的瘋狂,才讓我們在這個星球上顯得如此與眾不同。帕博教授的工作,讓我們有機會審視這一點。
參考資料:
[1] Sleeping with the Enemy, Retrieved October 3rd, 2022, from https://www.newyorker.com/magazine/2011/08/15/sleeping-with-the-enemy
[2] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2022, Retrieved October 3, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-medicine2022.pdf
[3] Ancient DNA pioneer Svante P??bo wins Nobel Prize in Physiology or Medicine, Retrieved October 3rd, 2022, from https://www.science.org/content/article/nobel-prize-physiology-or-medicine-2022
[4] How Neanderthal DNA affects human health – including the risk of getting Covid-19, Retrieved October 3rd, 2022, from https://www.cnn.com/2020/12/09/health/neanderthal-genes-human-health-covid19-scn-wellness/index.html
[5] Nobel Prize in Physiology or Medicine Is Awarded to Svante P??bo, Retrieved October 3rd, 2022, from https://www.nytimes.com/2022/10/03/health/nobel-prize-medicine-physiology-winner.html
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