从百年诺贝尔自然科学奖看生命科学和生物技术

发布时间:2018-12-09   来源:网络整理    
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前沿|从百年诺贝尔自然科学奖看生命科学和生物技术发展

2018-02-12 19:38 来源:锐科技mp 生命科学 /技术

原标题:前沿|从百年诺贝尔自然科学奖看生命科学和生物技术发展

20世纪下半叶是生命科学和生物技术突飞猛进的时代。一方面,生命科学的发展深刻地改变了人类对生命本质的理解;另一方面,生物技术的开发和广泛应用也前所未有地提升了人们的生活质量。值得注意的是,生物技术本身的建立和发展又源于物理、化学等基础学科领域的重大发现、理论创新及技术发明,而这些历史性、革命性的成果基本上都获得了诺贝尔奖。因此,本文尝试依据诺贝尔自然科学奖的授奖情况来梳理生物技术发展的脉络, 并论述物理和化学等学科交叉融合对生物技术发展的贡献,以促进科研工作者思考和探索生物技术发展的规律和启示。

一.诺贝尔生理学或医学奖简介

诺贝尔生理学或医学奖,是遵照已故的瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔先生(Alfred Nobel)的遗嘱而设立的,目的在于表彰在生理学或医学领域做出重大发现的科技工作者(译自《Excerpt from the will of Alfred Nobel》)。100多年来,因其所遴选的科研成果具有原创性、前瞻性和引领性,以及诺贝尔奖科研成果对人类认知、健康和社会经济发展等方面所带来的巨大影响和贡献,获得“诺贝尔生理学或医学奖”一直被公认为全世界最富显示度、最具标杆性的崇高荣誉。

二. 从诺贝尔生理学或医学奖纵览生命科学和生物技术发展历程

生物技术 (Biotechnology) 是一个动态的概念,一般认为,利用生物体本身或生命过程体系来生产有用物质或提供服务的科学技术即称为生物技术(Robert Bud. Social studies of science.1991.21:415)。随着生命科学理论的不断丰富和发展,生物技术的内涵和定义也在不断扩展。

从百年诺贝尔自然科学奖看生命科学和生物技术

图1. 百年诺贝尔自然科学奖与生物技术发展历程中的标志性事件

1. 萌芽阶段(19世纪以前)

尽管目前人们普遍认为生物技术与医药研发密切相关,回顾历史,我们会发现和食品相关的种植和畜牧技术是目前所知人类最早掌握的生物技术。公元前12000年前,地中海东岸的黎凡特人开始种植小麦,确立了农业生物技术的开端。从公元前6000年开始,人类开始利用发酵技术不断获得新的食物,包括酿造啤酒,制造奶酪和酸奶。公元1796年,英国医生Edward Jenner通过接种牛痘来预防天花,这标志着疫苗技术的诞生。1875年法国科学家Louis Pasteur发现发酵是由微生物引起的,酵母可以将糖转化为酒精,从而奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础。

2. 早期发展阶段(19世纪末至20世纪中叶)

1897年,德国化学家Eduard Buchner进一步研究发现,发酵的本质是微生物体内的酶引起的催化反应。这项研究被认为是生物化学诞生的标志( 1907年诺贝尔化学奖)

1919年,匈牙利农业工程师Karoly Ereky首次使用“Biotechnology”这个词来描述对物质原料进行加工以生产产品的技术。1928年,苏格兰科学家Alexander Fleming在微生物青霉素菌的分泌物中发现了青霉素。1938年,澳大利亚病理学家Howard Florey和英国生物化学家Ernst Chain在人体内证明了青霉素具有抵抗细菌感染的效果。1944年,在Florey等人的领导下,实现了青霉素的工业化生产。青霉素是人类历史上发现的第一种抗生素,其发现和应用具有划时代意义,挽救了无数生命,其高效性和巨大的经济价值使抗生素工业经久不衰(1945年诺贝尔生理学或医学奖)

3. 分子生物学时代(20世纪中叶至今)

1953年,James Watson 和 Francis Crick提出了DNA双螺旋结构模型,生命科学从此进入了“分子生物学”时代(1962年诺贝尔生理学或医学奖)。它为破译生物的遗传密码提供了依据,导致遗传工程学的出现,并成为本世纪下半叶应用最广泛的生物技术。这也是20世纪以来生命科学中最伟大的成果,是生物学史上一个新纪元,为生命科学、农业科学和医学的发展开辟了新天地。

1949年,澳大利亚免疫学家Frank Macfarlane Burnet提出了获得性免疫耐受的理论。随后,英国科学家Peter Medawar1953年发表学术论文,通过动物实验验证了获得性免疫耐受理论。两者为现代移植生物学奠定了理论基础(1960年诺贝尔生理学或医学奖)。1954年,美国医学家Joseph E. Murray首次成功地在同卵双生双胞胎间进行肾脏移植手术,开创了人类器官移植治疗疾病的新纪元。1957年,美国医学家E. Donnall Thomas在《新英格兰医学杂志》上发表了关于人造血干细胞移植的第一篇论文,从从而开启了造血干细胞移植治疗白血病的先河。(1990年诺贝尔生理学或医学奖)

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