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    2020年度邵逸夫生命科學與醫學獎公布

    發布時間:2020-05-21 作者:邵逸夫生命科學與醫學獎遴選委員會 來源:中國教育新聞網

    2020年度邵逸夫生命科學與醫學獎平均頒予格羅?米森伯克(Gero Miesenb?ck)、彼得?黑格曼 (Peter Hegemann)和格奧爾格?內格爾 (Georg Nagel),以表彰他們所研發的光遺傳學,一項徹底改革了神經科學發展的技術。格羅?米森伯克是英國牛津大學韋恩弗萊特生理學講座教授暨神經回路與行為中心主任。彼得?黑格曼是德國柏林洪堡大學神經科學赫蒂講座教授暨生物物理系系主任。格奧爾格?內格爾是德國維爾茨堡大學分子植物生理學教授。

    要明白大腦的運作,我們需要了解神經細胞交流時所使用的語言。鑒于人類大腦中有860億個神經細胞,它們之間的交流異常復雜,要了解其中過程是極富挑戰性的。每個神經元可以與其他神經元進行多達近萬次接觸,導致萬億個突觸連接。感謝2020年度邵逸夫生命科學與醫學獎得獎人:牛津大學的格羅?米森伯克、柏林洪堡大學的彼得?黑格曼和維爾茨堡大學的格奧爾格?內格爾,他們近年在科學技術方面的發現提供了有效的工具,讓我們能夠追蹤和控制實驗動物的神經網絡。

    神經科學家一直在尋找可控制個別神經細胞活動的方法,以便觀察細胞之間交流時所用的網絡,并確定細胞交流過程的調控。在過去一個多世紀,科學家通過化學或物理方法直接激活局部的神經細胞,以檢測和控制神經網絡里的細胞電位變化。神經科學家的夢想是利用光來間接控制細胞電位變化,以達到較少侵入性及更準確地控制和觀察神經網絡在完整有機體的功能。第一個關鍵突破是于2002年米森伯克及其同事所發明的光遺傳學工具。他的研究小組使用自然光敏蛋白(視紫質),這是一種使視覺產生色素的蛋白。研究小組把果蠅的光敏視紫質基因植入脊椎動物的培養神經細胞。結果,培養細胞表現出由光引起的神經元活動模式。基于這個初步研究結果,米森伯克率先證明這種方法可應用于完整的果蠅,并且通過光學激活指定的環路,從而改變果蠅的行為。米森伯克在第一份報告中得出結論:「由于每個靶神經元都對光感產生反應,因此無需深入了解其空間坐標。這技術可同時準確地處理大量神經元,而不會對不同功能的周邊神經元產生不良干擾。」米森伯克的方法開創了光遺傳學的新紀元。

    將這種方法應用于動物時,雖然果蠅視紫質對于光所作出反應,但反應比較緩慢,果蠅的遺傳機制也過于簡單,這些都是技術上的缺點。幸運的是,另一幾乎和米森伯克的研究同時進行的衣藻趨光性的研究,發現一種較為簡單受光調控的正離子通道蛋白。雖然視紫質最先是在某些原始微生物中發現并分離的,但藻類具有快速趨光反應,證明單個受體蛋白足以引起細胞膜電流的變化。在1991年發表的早期研究中,彼得?黑格曼在衣藻發現一種含視紫質的光受體。經過多年對光感的研究,黑格曼和格奧爾格?內格爾合作并分別于2002年和2003年發表兩篇論文,他們使用  基因克隆方法,證明兩種光敏通道蛋白 ChR1 和 ChR2 的存在。關鍵是,該團隊發現 ChR2 在脊椎動物細胞中表達該基因時,會引起極快的光誘導膜電流變化。這發現意味著光遺傳學發展踏入第二個主要階段。

    黑格曼和內格爾發現的 ChR2,可應用于各種細胞和組織的功能上。在2005年,戴塞羅斯和博伊頓的研究小組,以及幾個月后獨立進行研究的黑格曼、蘭德梅賽和赫利茨小組,也證明了 ChR2應用于神經細胞和脊椎動物組織的優越特性。自此,戴塞羅斯和博伊頓各自研發工具,將光準確地傳遞到哺乳類動物大腦深處神經網絡。

    這些基礎科學上的發現,使我們獲得重要的工具,能夠清晰了解和精確地控制動物大腦中特定的神經網絡。這些發現預示著探索認知和情感奧秘的黃金時代已經來臨,人們終于可以在基因和細胞層面說明甚么是精神失常。(譯自英文原稿)

    2020年度邵逸夫生命科學與醫學獎得獎者簡介

    格羅?米森伯克 (Gero Miesenb?ck) 在1965年于奧地利布勞瑙出生, 現為英國牛津大學韋恩弗萊特生理學講座教授暨神經回路與行為中心  主任。他于奧地利因斯布魯克大學取得學士學位,并于1989年取得瑞典默奧大學博士學位。他于紐約紀念斯隆凱特琳研究所從事博士后研究(1992–1998),其后出任助理研究員和神經系統實驗室總監 (1999–2004)。同時,他亦在美國康奈爾大學神經科學、細胞生物和遺傳學擔任助理教授。在出任牛津大學教授之前,他擔任美國耶魯大學醫學院細胞生物、細胞與分子生理學副教授 (2004–2007)。格羅?米森伯克亦是奧地利     科學院、德國科學院和英國皇家學會院士。

    彼得?黑格曼 (Peter Hegemann) 在1954年于德國明斯特市出生,現為德國柏林洪堡大學神經科學赫蒂講座教授暨生物物理系系主任。1975年至1980年間于德國明斯特大學和慕尼黑大學修讀化學,并在1984年于德國馬克斯普朗克生物化學研究所取得博士學位。他曾于美國雪城大學任職博士后研究員 (1985–1986)。返回德國后,他于馬克斯普朗克生物化學研究所成立研究小組 (1986–1992),其后擔任德國里根斯堡大學教授(1993–2004),并于柏林洪堡大學出任教授 (2005–) 和神經科學赫蒂講座教授 (2015–)。彼得?黑格曼是德國利奧波第那國家科學院院士。

    格奧爾格?內格爾 (Georg Nagel) 在1953年于德國魏恩加滕出生,目前是德國維爾茨堡大學分子植物生理學教授。他于德國康斯坦茨大學修讀生物及生物物理學,1988年于德國法蘭克福大學取得博士學位。在美國耶魯大學和美國洛克菲勒大學完成博士后研究工作后,他于1992年返回德國,擔任馬克斯普朗克生物物理研究所生物物理化學系組長。他自2004年起出任維爾茨堡大學分子植物生理學和生物物理學教授。

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