诺奖得主朱利叶斯:童年从未想过当科学家“冒险一试”开启未知领域研究

瑞典当地时间4日11时30分,2021年诺贝尔生理学或医学奖正式揭晓。奖项授予戴维·朱利叶斯(David Julius)和阿尔登·帕塔波提安(Ardem Patapoutian),以表彰他们“发现温度和触觉感受器”。

据悉,戴维·朱利叶斯利用辣椒素来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感受器;阿尔登·帕塔波提安利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。

“人体对热、冷和触觉的感知能力对我们的生存至关重要,并且支撑着我们与周围世界的互动。”对于两人的获奖理由,诺贝尔奖官方账号解释称,两位科学家“识破了”人类感知温度、压力和疼痛的分子机制,揭示了那些隐藏在疼痛过敏现象背后的机理,为与触觉相关的生理疾病研究提供了重要依据。

相关资料显示,此次获奖得主之一、分子生理学家大卫·朱利叶斯,为美国加州大学旧金山分校医学院生理学系教授。

多年来,朱利叶斯在实验室中的一系列非凡发现,为他带来了专业上的赞誉和众多奖项,比如表彰为改善人类健康做出重要、转型性贡献的科学家奖项“保罗·詹森博士生物医学研究奖”,以及有着“科学界奥斯卡”之称的“科学突破奖”。

然而,这样的一位科学大咖却表示,自己小时候“几乎从未想过要成为一名科学家”。

据报道,朱利叶斯从小在纽约布鲁克林的布莱顿海滩长大,这是一个俄罗斯移民社区。童年时的朱利叶斯几乎从没有想过自己要成为一名科学家。

他曾在纽约的尖子高中学校史岱文森高中(Stuyvesant High School)学习过一年,但后来选择转学到离家更近的公立高中,因为他“厌倦了史岱文森高中无休止的考试和成绩竞争”。

在林肯高中,一位有趣的物理老师向学生们展示了科学与日常生活的相关性,其指导使朱利叶斯重新考虑了自己的志向。1973年,他前往麻省理工学院(MIT)就读,计划未来成为一名医生。

然而,求学期间亲身参与研究的体验让他意犹未尽。大三时,朱利叶斯开始在生物大分子领域的传奇人物亚历山大·里奇(Alexander Rich)手下做实验。

“亚历山大的实验室是一个富有创造性的、自由自在的、杂乱的地方,打消了我之前的任何想法,即实验室环境十分荒凉、贫瘠,只适合个性安静的人做着冷静的实验。”朱利叶斯在他的自传中写道。

1977年,朱利叶斯进入加州大学伯克利分校的生物化学系攻读研究生。他的两位指导老师分别是著名的生物化学家杰里米·索纳(Jeremy Thorner)和兰迪·谢克曼(Randy Schekman),后者在2013年获得诺贝尔生理学或医学奖。

此后,他对更复杂生物的神经生物学,尤其是对利用分子遗传学和药理学方法破译神经元功能的可能性产生了浓厚的兴趣。因此,1984年,他在哥伦比亚大学与神经生物学家理查德·阿克塞尔(Richard Axel,2004年获得诺贝尔生理学或医学奖)一起进行博士后研究。

1989年,朱利叶斯来到加州大学旧金山分校,开始有了自己的实验室,随即带领团队展开研究。

随着朱利叶斯的注意力转移到神经系统,他越来越好奇,为什么食物和其他产品中天然存在的化合物有时会对大脑中的受体起作用,引起幻觉或其他大脑功能的变化。

几十年来,研究人员一直在实验室里用辣椒素来研究疼痛。辣椒素是一种辛辣的辣椒提取物,能给人以灼烧感。然而,没有人知道辣椒素为什么会产生这种效果。朱利叶斯对涉足这样一个未开发的领域犹豫不决。

有一天,当他和妻子、加州大学旧金山分校的教授霍莉·英格拉姆(Holly Ingraham)一起逛超市时,妻子发现他盯着香料货架陷入了沉思,于是鼓励他冒险一试。他照做了。

此后,朱利叶斯带领团队创建了一个包含了百万个DNA片段的基因库。在这个基因库当中,这些DNA片段都是神经元中能对疼痛、热和触感做出反应的基因。

他和同事们假设,这个数据库中包含一个能够编码与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段。经过艰难探索,他们终于发现了一个能够使细胞对辣椒素敏感的DNA片段。

通过对目标DNA片段的进一步研究,他们发现该DNA片段可以编码出一种离子通道蛋白质受体,这个蛋白质受体后来被命名为:TRPV1。

他们还发现,这个蛋白质受体拥有能对“热”做出反应的能力。换句话说,这个蛋白质受体其实是在感受到疼痛的温度后,才被激活的。而这也就解释了,为什么吃了特别辣的东西时,很多人都急着要喝冰水。

TRPV1的发现是一个极其重大的突破,它开启了一扇全新的大门,科学家可以沿着这个路径去研究其他温度感应受体。事实也是如此。比如,后来科学家们真的找到了会被“冷”激活的蛋白质受体TRPM8(薄荷素)。除此之外,基于TRPV1的研究,也可以帮助科学家研发新型止痛药。

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