北京时间10月5日下午5点30分许,瑞典卡罗琳医学院的Wallenberg大厅里,诺贝尔生理学或医学奖的评选结果正式向全世界公布。
今年的奖章,颁给了一个听起来有些陌生却正在深刻改变神经科学的领域,光遗传学。
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当地时间10月5日,瑞典卡罗琳医学院宣布,将2026年诺贝尔生理学或医学奖授予3位科学家,分别是美国科学家卡尔·戴塞洛斯、德国科学家彼得·黑格曼和格奥尔格·纳格尔,以表彰他们在光门控离子通道和光遗传学方面的发现。
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3位获奖者将平分1200万瑞典克朗,按照当前汇率约合人民币802万元。
值得关注的是,2026年恰逢诺贝尔奖设立125周年,诺贝尔基金会此前决定将每项奖金增加100万瑞典克朗,使得单项奖金总额达到1200万瑞典克朗,涨幅约为9%。
这一调整也让今年诺贝尔奖的奖金达到了历史较高水平。
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获奖消息公布后,很多人对光遗传学这个名词感到陌生。
这个领域的研究究竟做了什么,诺贝尔奖官网的公报给出了清晰说明。
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3位获奖者的研究奠定了光遗传学的基础,黑格曼和内格尔在一种单细胞藻类中发现了一种名为通道视紫红质的特殊蛋白质,这种位于细胞表面的蛋白质受到蓝光照射时,其中的离子通道会像门一样打开,使带电离子进入细胞并产生电信号。
戴塞洛斯随后将编码通道视紫红质的基因导入大鼠神经细胞,通过蓝光照射成功触发神经信号,并于2005年发表了这一研究成果。
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这项发现的起点,要追溯到一种会追逐光线的微小绿藻。
20世纪90年代初,黑格曼对一个问题产生了兴趣,单细胞的衣藻为什么能够朝着光源游动。
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他用微小的电极测量藻类眼斑被照亮时产生的电信号,发现光线到达后仅约半毫秒就出现了电脉冲,比当时已知的人眼等生物系统的反应速度快20多倍。
如此迅速的反应让黑格曼推测,藻类体内或许存在一种特殊蛋白质,既能感受光线,又充当离子通道,把光信号直接转化为电信号。
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这个假设在当时并未得到广泛认可,因为已知的离子通道没有一个能自行对光产生反应。
相关蛋白质一旦离开藻类细胞就容易受损,研究推进十分艰难。
直到莱茵衣藻基因组研究取得进展,黑格曼团队才找到了两个与光感受蛋白相关的基因。
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他随后联系了当时在法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所工作的内格尔,两人展开合作。
内格尔将这两个基因分别注入蛙的卵细胞,让卵细胞大量合成相应蛋白质,实验结果证实了黑格曼的假设,这些蛋白质本身就是能够被光控制的离子通道。
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其中一种蛋白质后来被称为通道视紫红质-2,只要受到蓝光照射,通道就会迅速打开,带正电的离子随即流入细胞,引发电信号。
更令人兴奋的是,研究人员把编码通道视紫红质-2的基因导入原本不会感光的人类胚胎肾细胞和仓鼠肾细胞后,这些细胞也获得了对光的响应能力。
这意味着来自绿藻的感光本领可以被转移到其他细胞中。
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戴塞洛斯给出了将这一发现推向神经科学的关键一步。
上世纪90年代,戴塞洛斯在学医期间接触过抑郁症、自闭症和精神分裂症患者,他逐渐意识到,想真正理解这些疾病,只观察大脑不同区域的活动远远不够,科学家需要知道某一类神经细胞究竟如何影响具体行为。
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他将编码通道视紫红质-2的基因导入大鼠神经细胞,蓝光一照,神经细胞立即产生神经信号,并把信号传递出去。
2005年,戴塞洛斯团队发表了这一突破性成果,两年后,他进一步在活体小鼠的大脑中利用光控制神经细胞活动。
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光遗传学的诞生,为神经科学打开了一扇全新的大门。
利用这一技术,研究人员已经能够揭示控制特定记忆、情感和行为的神经回路。
诺贝尔生理学或医学奖评委、瑞典卡罗琳医学院临床免疫学教授潘嫱在接受采访时表示,光遗传学为研究大脑功能提供了重要工具,也展现出临床应用潜力。
研究人员已尝试利用这一技术帮助某些视网膜疾病患者恢复部分视觉功能,并用其研究抑郁症、阿尔茨海默病和疼痛等疾病背后的神经机制。
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随着诺贝尔奖光环的加持,光遗传学在医药行业的关注度正在快速升温。
已有研究团队借助该技术帮助失明患者恢复部分视觉,这被视作技术从实验室研究工具走向疾病疗法的标志性跨越。
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依托这项技术,科学家得以解析抑郁、焦虑、帕金森病、癫痫等多种疾病背后的神经环路机制。
不过也有专家指出,光遗传学用于临床疾病治疗还有很长的路要走,技术的安全性和长期稳定性仍需更多验证。
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值得关注的是,本届诺贝尔医学奖得主戴塞洛斯是知名华人科学家张锋的博士导师。
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这一师承关系也为本届诺奖增添了一层与中国科学界的特殊联系。
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3位获奖者的学术背景同样引人注目。
戴塞洛斯生于1971年,目前任职于美国霍华德·休斯医学研究所和斯坦福大学。
黑格曼生于1954年,目前任职于德国柏林洪堡大学。纳格尔生于1953年,目前任职于德国维尔茨堡大学。
3位科学家此前已因光遗传学方面的开创性工作共同获得多项重要荣誉,2021年戴塞洛斯与黑格曼共同获得了被誉为诺奖风向标的拉斯克基础医学研究奖。
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从一种单细胞绿藻的趋光行为,到能够在活体大脑中精准操控特定神经细胞的技术,光遗传学走过了20多年的发展历程。
3位科学家的研究跨越了微生物学、生物物理学和神经科学等多个领域,为理解大脑如何运作提供了一个前所未有的工具。
正如诺贝尔奖官网公报所言,他们的研究为神经科学开启了一个新时代,加深了人们对大脑如何运作的理解。
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