高居前沿的百年科学研究所
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时间:2008年10月14日
来源:科学世界
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每年诺贝尔科学奖的公布,不仅诞生了一批科学大师,而且使得造就这些大师的科研机构备受世人瞩目。荣膺今年诺贝尔生理学或医学奖的3位科学家中,有2人出自拥有120年历史的法国巴斯德研究所。在它的创始人——“微生物学之父”巴斯德的卓越贡献之后,这里共走出了10位诺奖得主,并在狂犬病、鼠疫、疟疾、结核病等重大疾病的防治方面取得重要成果。一家百年研究所凭借什么始终居于科学前沿?为了寻求答案,记者走访了中科院上海巴斯德研究所联合所长孙兵研究员。
每年诺贝尔科学奖的公布,不仅诞生了一批科学大师,而且使得造就这些大师的科研机构备受世人瞩目。荣膺今年诺贝尔生理学或医学奖的3位科学家中,有2人出自拥有120年历史的法国巴斯德研究所。在它的创始人——“微生物学之父”巴斯德的卓越贡献之后,这里共走出了10位诺奖得主,并在狂犬病、鼠疫、疟疾、结核病等重大疾病的防治方面取得重要成果。一家百年研究所凭借什么始终居于科学前沿?为了寻求答案,记者走访了中科院上海巴斯德研究所联合所长孙兵研究员。
记者:今年诺贝尔奖关注的是病毒研究,两个获奖项目分别是HPV、HIV病毒,与此相联系,以病毒和微生物研究见长的巴斯德研究所在时隔半个世纪后再次有两位科学家问鼎诺贝尔生理学或医学奖,诺奖青睐病毒学研究,对生命医学研究是否有某种含义?
孙兵:我觉得要评价这次颁奖的意义可以有多个方面,其中之一,我想就是再次肯定了病毒学基础研究的重要性。在以往的20多年里,包括美国国立卫生研究院(NIH)在内的全世界很多的研究所都在从事HIV的研究,10多年以前很多人觉得艾滋病疫苗接近成功了,但尽管投入巨大,但HIV疫苗至今没有成功。这方面的挫折让人反思,以为简单的事情,实际上非常复杂,从而再回过头来看,病毒学的一些基础问题,如HIV病毒在细胞内的复制机制,和其感染人体后引起的免疫抑制机制仍然有待于深入研究。
我们知道,一个病毒自己不能活下来,它必须寄生在细胞里,利用细胞内的机器进行自我复制,产生新病毒,并感染新的细胞才能生存。这是它存活的一种模式。病毒进入细胞后首先脱壳,然后,其编码蛋白的基因重组到人细胞里,借用人体细胞机器,产生新的病毒,包装以后释放到细胞外,再感染新的病毒。可见,这是一个不断感染的过程。在决定病毒能否感染细胞,进而形成感染性疾病的过程中,宿主细胞所产生的抗病毒作用,比如产生I-型干扰素,来杀灭病毒或抑制病毒的复制……相反,病毒蛋白亦可直接或通过诱导一些细胞的蛋白形成屏障,拮抗细胞的抗病毒作用。这种病毒和细胞之间的博弈,持续存在着。在这个过程中病毒会时常产生一些病毒蛋白,把人体抗病毒的免疫系统关掉,使得病毒大量复制。病毒虽小,但是非常聪明,它可以借用人体的细胞而存活。
HIV跟其他的病毒不一样,它寄生的细胞是T细胞(其是清除病毒的主要细胞之一)。从感染那天发生起,我们人体抗病毒的免疫系统就受到了伤害,随着时间的推移,这种伤害越重,最终免疫系统完全丧失作用。一个没有T细胞作用的个体,在面对自然环境里诸多的病原体时,就等于是一座不设防的城市,使得原来在正常状况下,对人体不能致病的病原体变的可以致病了。这样,很多HIV感染者最终不治致死,大都是因为感染了其他的疾病。人没有了免疫能力,就丧失了保护能力,相当于打仗时士兵没有了。这是很可怕的。
所有病毒都是这样的,它必须在细胞里。所以只有当你了解了病毒才有可能研究它的机制,研究它的感染和复制过程。然后借助药物、疫苗进行干预。为什么巴斯德研究所名气响?它的疫苗做得非常好是最重要的原因。从这个意义上说,因为病毒的发现才使得我们能够从机制上去研究,这种源头发现的工作贡献是非常大的。
这次获奖至少提出一个观点:通过这些病毒的发现,阐明它感染的机制,从而来指导发现新的药物,或者新的疫苗,这非常重要。艾滋病在中国也是一个越来越很严峻的现实,至少就现在而言,一旦感染上几乎就是时间问题,用药可以防,不用药T细胞慢慢少了,功能就没有了,最后人的抵抗力弱了以后,得了各种并发症,其他的疾病就来了,引起死亡。而要从根本上解决,就是疫苗。前不久国家科技部和卫生部等启动的“十一五重大专项”其中一项主要是针对一些重要传染性疾病开展基础的机制研究和临床的防治研究,使得我国的重要传染性疾病的发病率和死亡率降低。AIDS就是其中最主要的疾病之一。
另外,这次诺贝尔生理学或医学奖之所以都颁给病毒研究,还可以理解为诺贝尔评奖委员会以人为本,对人的健康更为关切。比如说人乳突淋病毒(HPV)导致的宫颈癌殃及的是女性,如果母亲阴道感染以后,宫颈癌对小孩,下一代的影响肯定是很大的。宫颈癌在全世界很多地方的发病率非常高,当然跟生活习惯有关系。发现这个病毒之后,通过科学家的努力,最终产生了很好的疫苗。这是病毒研究造福人类的一个典范性案例。从另外一个角度也证明,病毒学上原始的发现,通过研究最终产生疫苗,再在临床上应用,这个结果不仅在医疗上有极高的价值,而且这个过程本身对科学工作者来说也极富启示意义。
记者:这次3位医学奖得主中,有2位出自法国巴斯德研究所,也就是说,该所迄今已有10位诺奖获得者,成为享有世界盛誉的研究机构。以您所了解的,巴斯德研究所有哪些特点和风格?他们是如何做到世界一流的?
孙兵:巴斯德研究所有三大使命,即科学研究、为公众健康服务和教育。巴斯德研究所拥有一个独特的网络,包括30个研究所,遍布世界各地特别是非洲和亚洲。所有研究所都遵循一个宗旨,即为传染性疾病的监测和控制做出贡献。
巴斯德研究所的特点之一是将应用研究和基础研究紧密结合在一起,为公众健康服务。在巴黎的巴斯德研究所拥有20多个国家参照中心和世界卫生组织合作中心。这个研究所一开始就在做转化医学研究。所有的研究、研究课题都与医院的实验室和制药企业有合作关系。正是由于这样一种科学家与临床医生之间紧密的合作关系,1983年巴斯德研究所科学家得以分离出艾滋病毒并获得了今年的诺贝尔医学奖。这也证明了巴斯德研究所在转化医学研究方面的成功。巴斯德研究所的传染病研究工作得到了公众的尊敬,捐款和遗产捐赠占巴斯德研究所收入的1/3。巴斯德研究所在将研究成果转化为应用方面有非常强的能力,专利、许可和生物产业孵化器的收入也占1/3,还有1/3来自政府支持。这就是巴斯德模式。
巴斯德研究所及其网络致力于传染病预防和控制的应用研究,开发新的诊断技术、疫苗和抗菌消毒剂,以及应用于发现新生病原体特别是新生病毒的新技术。
我可以举个例子,上海巴斯德研究所的法方所长杜文圣先生来到上海不久,他着手建立未知病毒鉴定技术平台,结合了PCR分子鉴定,血清学反应,病毒分离,基因芯片和高通量测序多种技术,对病原不明的临床标本进行病毒鉴定。他们通过与上海医院的合作,以上海地区儿童呼吸道感染病毒谱调查为起点。当时国内尚未有类似研究或技术平台。
一开始我觉得这种常规性的工作是CDC(疾病预防中心)做的,但是后来发觉不简单。经过两年多的努力,他们已经收集检测了1000多例标本,以确定上海地区常见儿童呼吸道病毒谱,并且发现多个国外最新报道的新病毒。他们的工作不仅仅是CDC常规流感病毒监控网的补充,而且这个平台具备了未知病毒鉴定的能力,可以更好服务于上海地区公共卫生体系,并为今后病毒学基础研究打下基础。这就是我们从事科研工作的目标,即服务于公众健康。
这个工作本身看起来是非常平淡的,但是它确实在病毒学里边是非常基础性的,而这个基础性的工作恰恰可以反映了巴斯德研究所的一个工作方法。从源头发现病毒,然后和临床医生合作进行基础研究。
中国人可能小瞧这个东西,觉得没有意义,对有些中国科学家来说,总觉得做细胞、做分子,做信号传导就很重要,觉得这是一种前沿。而对巴斯德研究所的建立一些细胞培养系统,从临床搞一些标本,以判别是新的病毒还是已知病毒这种做法,一般人可能并不以为然。但恰恰是这些工作,可以发现和原来不一样的新病毒,这样的话就会在这个基础上做一些新的工作。总之,他们非常务实。今年刚好是巴斯德研究所成立120周年,他们的这种紧紧围绕临床、围绕疾病开展医学研究的模式可以说已成为一种真正的特色。正是这样一种传统和特色,巴斯德研究所奠定了它在整个法国乃至世界公共卫生领域,特别是病毒学领域的权威地位。
记者:讲到巴斯德研究所,人们就想到病毒研究。在病毒研究这一块,最近会有哪些变化?
孙兵:最近很大的变化态势就是免疫学的兴起,或者说重新受到关注。事实上,现在HIV、肝炎、结核等等,其本质上的治疗都与免疫学相关。病毒似乎很清楚了,但是它感染人体后,有些人却不得病,产生免疫力了,有些人是急性感染,有些是慢性感染,有些是携带者,但并不致病等等,这些是很复杂的。另外,机体应答对病毒的反应非常重要,这个问题也没有解决。除了病原这一块之外,我们的机体是怎样产生免疫保护作用的,免疫反应对病毒的拮抗作用等也是非常重要的。感染和免疫这两块是我们未来的发展方向,也是最核心的问题。
本报记者 江世亮 赵涛 实习生 曹越
“巴斯德”的三大特色
“巴斯德人”
在巴斯德研究所的历史上,众多名字与发现联系在一起,描绘着生物学的发展以及人类与重大灾难作斗争的历史:例如鼠疫与耶尔森;疟疾与拉韦朗;斑疹伤寒与尼科尔;白喉与鲁和吕蒙;结核病与卡尔梅特和盖兰;某些防御机制的发现与博尔代和后来的乌丹;噬菌体与德埃雷尔;磺胺类药物与特雷福埃尔夫妇、尼蒂和博韦,等等。
自创立以来,巴斯德研究所以其与众不同的特色使自己有别于其他研究和教学团体。首先是它独特的科学家群体。巴斯德以他第一次选择的同事培育出新型的研究者——“巴斯德人”,他们是从世界各地招募来的,如伊利·梅奇尼尔科夫。典型的巴斯德人要么有科学背景,要么有医学背景,他们长期位于官方机构和官方职业的外围。巴斯德人是没有专业的医生、没有药房的药剂师、没有产业的化学家、没有席位的大学教师,其地位只由他的风格,首先是由他的工作单位所决定——他是巴斯德人,这就足以说明一切。不同科学背景的巴斯德人聚在一起,从众多不同的角度研究同样的材料,巴斯德研究所早在“跨学科研究”这一术语出现之前就已经成为名副其实的“跨学科研究”中心了。虽然后来巴斯德人获得了某种地位,但巴斯德研究所仍保持着它的多样性,即由不同背景的研究人员所组成,包括许多在外国接受培训的人员。
研究与应用密切结合
也许没有人比巴斯德更懂得如何科学地把研究与应用这两个方面统一起来。巴斯德把这种统一结合进了他的研究所的组织机构之中;研究把点子提供给产业,产业反过来为研究提供资金。如果巴斯德研究所没有成为领先的欧洲生物产业中心,那么其主要原因是因为巴斯德人自身在商业和产业方面表现出很少的天赋或兴趣。然而,那也是由于私人产业几乎没给他们多少支持这一事实,因此巴斯德研究所在第二次世界大战后经历了财政困难。在那以前,巴斯德研究所一直依靠自己的资源生存下来。
1974年,法国政府管理机构给予巴斯德相当于一半预算的年度补贴,虽然巴斯德研究所保持着它作为私利基金会的地位。同时,在时任研究所所长的雅克·莫诺的鼓励下,生产与研究相分离,其生产部分至今与两家大型制药企业有着密切联系。通过以此方式保持它作为私立基金会的地位,尤其是由于若干捐赠和遗产,巴斯德研究所得以保持它的灵活性和它对研究中意想不到事情的反应能力,对于公立团体来说,这些往往是无法做到的。
全球拓展
巴斯德研究所的历史不仅仅只是一长串发现,也不仅仅只是那些乏味地、耐心地参与此项工作并使研究所成为今天这样规模的研究者或工程师、助手或技术员、工人或实验员们的一串名字,无论出名与否;而且也有那些在巴斯德研究所获得培训后走向世界各地去实地研究完全不同种疾病的科学家们,以及在现场建立按他们在巴黎所学原则运行的研究中心的科学家们。
事实上,巴斯德扩展了他在海外的活动领地。他派遣了他的第一批学生之一、年轻的军医阿尔贝·卡尔梅特到远东与狂犬病和天花作斗争。卡尔梅特在越南西贡建立起实验室用以制作疫苗。被咬和潜伏着狂犬病的患者从四面八方蜂拥而至。在不到两年的时间里,科尔梅特就接种了将近5万人。
巴斯德的方法始终以同样的精神应用于海外的研究分所。在那段时期,中国和印度爆发了一场瘟疫流行病。法国政府指示巴斯德人耶尔森前往该疾病流行地区研究这场瘟疫并找到医治的方案。耶尔森在香港一间竹子盖的茅屋里着手工作,当时处境十分艰难,因为英国当局缺乏善意,又有来自一个日本微生物学家小组敌意的竞争。但耶尔森在几天时间内就战胜了日本对手,分离出瘟疫病菌并揭示了老鼠在这场瘟疫流行中扮演的角色。
(曹越摘自《世界科学》)
2008诺贝尔科学奖
小病毒与大智慧
10月6日,2008年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森和法国科学家巴尔-西诺西、吕克·蒙塔尼因发现宫颈癌与艾滋病病毒共获殊荣,并同时将人们的视线聚焦到了疾病的元凶——病毒。
豪森教授在研究中证实了宫颈癌和HPV(人类乳突淋瘤病毒)之间存在联系,并使得医学界最终认识到,几乎所有的宫颈癌都是由HPV引起。宫颈癌是女性最常见的癌症之一,约80%有性行为的女性在一生中随时可能感染HPV病毒。全世界每年有49.3万名女性确诊患有宫颈癌,其中27.3万人死亡,多数是在发展中国家。他的成果使得医学界对于宫颈癌的发病机理有了深入了解,并在此基础上研制出了两种宫颈癌疫苗,使宫颈癌成为人类可以预防和根除的第一种恶性肿瘤。然而上世纪70年代初期,有猜测认为子宫颈癌是由一个单纯疱疹病毒引起,这种疾病已被认为主要是性病。当豪森1976年提出HPV可能导致宫颈癌时,却遭到了病毒学家和几乎所有妇科医生的嘲笑,他们认为豪森关于乳突淋瘤病毒的想法不可思议。但年轻的豪森宁愿相信自己的眼睛,因为他没能在宫颈癌细胞中找到单纯的疱疹病毒。他无视许多同事的鄙视,坚持探寻人类乳突淋瘤病毒,终于发现了许多不同类型的人乳突淋瘤病毒,并把它们与不同的疾病进行链接。1983年,他发现了出现在半数以上宫颈癌以及其他肛门生殖器癌症当中的人乳头瘤病毒-16,后又于1年后发现了在25%病例中出现的人乳突淋瘤病毒-18。目前,全世界每年大约有500000名妇女接受疫苗。这种疾病在约三分之一的情况下是致命的,疫苗预计将大大降低这一数字。
法国巴斯德研究中心科学家西诺西和蒙塔尼,因1983年从淋巴结肿大的同性恋艾滋病早期病人身上提取淋巴细胞和从艾滋病晚期病人血液中分离出人类免疫缺陷病毒(HIV)而获奖。61岁的西诺西是历史上第36位获得诺贝尔奖项的女性,而此前获奖的男性却多达745名。法国总统萨科奇也兴奋地表示,这是自上世纪80年代以来法国首次获得诺贝尔医学奖。评审委员会在6日新闻公报中说,发现艾滋病病毒是“从生物学上了解艾滋病和其反逆转录病毒疗法的首要条件”,两名法国人的工作让研究人员能观察艾滋病病毒如何复制,以及如何与受感染者的体细胞相互作用,“导致了艾滋病病毒感染者的诊断和血液产品筛选方法的出现,艾滋病预防与治疗的结合有效减缓了艾滋病的流行,并大幅提高了艾滋病患者的平均寿命”。虽然目前仍无有效的艾滋病疗法和疫苗,但他们的研究成果为抗艾滋病药物研制起到了极大的促进作用。
“夸克家族”展现破缺之美
10月7日,瑞典皇家科学院宣布将2008年度诺贝尔物理学奖授予发现亚原子物理的对称性自发破缺机制的美国科学家南部阳一郎和发现对称性破缺来源的日本科学家小林诚、益川敏英。
橘子、苹果等,世界上任何外表对称的东西,只要放到显微镜下就会立刻显示出微观层面上存在的对称性的偏离,这就是南部阳一郎提出的自发性对称破缺机制,研究奠定了亚原子物理学的“标准理论”基础。“大爆炸”产生宇宙后,数量、质量相等但电荷相反的粒子和反粒子并没有因碰撞而在释出光后“同归于尽”,相反却构成了物质,这种对称破缺可能是宇宙得以幸存的原因,小林和益川认为造成上述现象的原因是夸克的反应衰变速率不同。他们还预言存在6种夸克,并于1995年被全部发现。2001年,日本和美国科学家确认了由夸克构成的正反粒子——B介子和反B介子的“CP对称性破缺”现象,从而证明了“小林-益川理论”。现在,“小林-益川理论”作为基本粒子物理学的一种基础“标准理论”,得到全球基本粒子物理学家的普遍认可。
3名物理学家分别在上世纪60年代和70年代通过数学模型“预言”了量子世界自发性对称破缺现象的存在机制和根源。然而,这些预言直到本世纪初才通过高能粒子实验验证。宇宙的奥秘仍待探索,或许日内瓦的欧洲核子研究中心的新型粒子加速器将帮助解开一些仍在继续困扰我们的奥秘。
神奇“绿光”探秘生命世界
瑞典皇家科学院10月8日宣布,将2008年诺贝尔化学奖授予三位美国科学家——绿色荧光蛋白(GFP)的发现者下村修和推广者马丁·沙尔菲、钱永健。
生物体由数万种不同的蛋白精细地控制着重要的化学进程,如果蛋白机制发生故障,通常就会发生疾病。在GFP发现之前,有效跟踪肉眼无法看到的蛋白是件十分困难的事情。下村修1962年首次发现了本身发光的GFP后,马丁·沙尔菲即开始研究将GFP植入生物体内,利用其自身发光的特点与其它人们感兴趣的蛋白联系在一起,跟踪和判断生物细胞的分子变化。钱永健从1994年起,进一步改进GFP的发光强度、发明多种发光颜色和开发更多应用方法,让科学界更全面地理解绿色荧光蛋白的发光机理。他拓展了绿色以外的其他颜色荧光蛋白,为同时追踪多种生物细胞变化的研究奠定了基础。
目前,GFP在医学和生物化学方面得到了广泛的应用,研究人员只要用紫外光去照射,就可以轻易找出植入生物体内GFP的位置,从而跟踪包括大脑神经细胞的发育过程和癌细胞的传播方式、肿瘤细胞的成长、入侵、转移和新生等具体过程。此外,这项技术还应用于海洋观测、生化分析、环境污染的实时监控和食品安全等多领域,而且也将与人们的日常生活更加密切相关,对于改善人类健康和提高大众生活品质具有重要意义。
(赵涛)
“微生物学之父”
路易斯·巴斯德(1821-1895),法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。曾任里尔大学、巴黎师范大学教授和巴斯德研究所所长。
巴斯德一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,是19世纪最有成就的科学家之一。他用毕生精力证明了三个科学问题:
1.观察发现了发酵的奥秘,并发明了一种低温灭菌法,又称巴氏灭菌法。用这种方法,杀灭了那些让啤酒变苦的微生物,拯救了处于困境之中的法国酿酒业。巴氏灭菌法现仍被现代食品业广泛应用。
2.发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,对法国养蚕业作出了巨大贡献。
3.传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使其从病菌变成防病的疫苗。巴斯德意识到,许多疾病均由微生物引起,于是建立起了细菌理论。
巴斯德被世人称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人”,他不仅是个理论上的天才,还是个善于解决实际问题的人。他于1843年发表的两篇论文——“双晶现象研究”和“结晶形态”,开创了对物质光学性质的研究。1856年至1860年,他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论,1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗,其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。
巴斯德研究所
巴斯德研究所是为了纪念法国著名微生物学家巴斯德1885年研制成功狂犬病疫苗而于1887年6月4日创立的,1888年11月14日正式启动,经过120年的发展,巴斯德研究所已成为世界微生物学顶尖的研究机构,总部设于法国巴黎。
今日的巴斯德研究所,是世界微生物界的领导者,拥有70多个研究部门,近2700名员工,包括500名固定的研究人员,以及每年来自世界约70个国家的600名客座专家学者,国外分属机构共有24个。该所的重点研究领域为生物、微生物、疾病和疫苗等,迄今已有10位科学家荣获诺贝尔生理学或医学奖。
2004年,巴斯德研究所与中国科学院合作,建立了上海巴斯德研究所,开展具有创新和竞争实力的基础研究,包括病毒感染及毒性机理、新型疫苗和疾病预防的研究、建立先进生物分子学平台等。
除这10位诺贝尔奖得主之外,还有很多巴斯德人,其成就与辉煌在医学史上,占有相当之地位:
如Roux等人发现白喉杆菌其致病性及以抗毒素来治疗白喉;Calmette与Guérin制造疫苗预防肺结核杆菌感染;d'Herelle发现噬菌体,使这种只能在细菌体内生长的病毒,成为几乎可以代替抗生素的噬菌体疗法;Bordet除了发现某些防御机制外,还与Genjiu一起发现并提纯培养百日咳杆菌;Pierre Lépine1954年首次发表抗小儿麻痹疫苗;Jean-Pierre Changeux1970年首次分离出神经传导介质醋胆素;吕克·蒙塔尼埃在1983年与1985年,分别分离出艾滋病病毒HIV-1与HIV-2,等等。
最令巴斯德人耿耿于怀的是,世人忽略了Ernest Duchesne于1897年所发表的使用潘尼西林来治疗传染病的论文,使得抗生素的发明延后了30多年。
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