解读2015年诺贝尔化学奖：神奇的DNA修复术

托马斯·林达尔

瑞典医学家，专门从事癌症研究，挪威科学和文学研究院的成员。1967年获得博士学位。1970年从斯德哥尔摩卡罗琳斯卡医学院获医学博士学位。2007年获科普利奖章。2010年，被授予英国皇家学会皇家勋章。

保罗·莫德里奇

美国公民，1973年从美国斯坦福大学获得博士学位。目前为美国杜克大学教授及美国霍华德-休斯医学研究所研究人员。

阿齐兹·桑贾尔

美国和土耳其国籍生物学家，专门从事DNA修复、细胞周期检查点、生物钟方面的研究。他花费时间最长的研究涉及光解和光激活的机制，对这些机制的探索已有近20年时间，直接观察到了光解酶修复胸腺嘧啶二聚体的过程。

从地球上有生命开始，遗传信息便是生命传宗接代、进化的重要基础。数亿年来，遗传信息不断与地球环境之间发生相互作用，受到各种外界干扰，但仍然能够保持完整，这才有了我们今天修复DNA、保障遗传信息传递的研究。今年的诺贝尔化学奖授予了瑞典科学家托马斯.林达尔、美国科学家保罗.莫德里奇以及土耳其裔美国科学家阿齐兹.桑贾尔，他们在DNA修复机制研究上作出了巨大的贡献。

复杂的人体系统来自精子与卵子各23条染色体的结合，这是一个正常人类遗传物质的原始基础。从最早的复制开始，一个星期后DNA的总长度可接近300米。如果数十亿细胞同时分裂，那么DNA总长度可以一直延伸到太阳背后并环绕250次。无论你的遗传物质如何复制，那最新的副本都接近最原始的序列。从化学的角度看，这应该是不可能实现的，因为所有的化学过程都可能发生随机误差，但事实上我们的遗传物质确实做到了这一点。

我们的DNA之所以有着如此精确的复制精度，关键在于大量蛋白质监控的修复机制。一群监视复制过程的蛋白质不断校对基因组，在发生损害时及时进行修复。今年的诺贝尔奖得主就在分子水平上对这个问题进行了研究，他们的工作解释了活细胞的遗传物质传递功能，为几种遗传病提供了研究方向。20世纪60年代末，科学家就开始思考DNA稳定复制的问题，有研究指出遗传信息有一个代数限制，突变不可避免。

托马斯.林达尔在瑞典卡罗林斯卡医学院简单的实验证明，DNA确实存在比较缓慢的衰减现象，每一天都有潜在的破坏性伤害出现，因此托马斯.林达尔提出DNA必须有分子修复能力，将这些缺陷自我修复。我们知道DNA遗传序列中有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶四种碱基，胞嘧啶容易失去氨基，因此可导致遗传信息改变。当氨基消失后，遗传信息配对开始出现问题，如果这个缺陷继续存在，那么突变就会发生，并影响到下一次DNA复制。

托马斯.林达尔开始寻找修复酶修复受损的胞嘧啶遗骸，1974年他有了新的发现，即细胞可进行碱基切除修复术。1996年，他设法在体外进行此类修复。对于托马斯.林达尔的发现，土耳其裔美国科学家阿齐兹.桑贾尔也对这个研究非常有兴趣，他发现了一个特别的现象，细菌在致命剂量的紫外辐射照射下，可以自我修复。他在1983年发表了关于紫外线损伤的修复机制，人类的DNA比细菌遗传物质更加复杂，但是核苷酸切除修复功能适用于所有的生物。

美国科学家保罗.莫德里奇的贡献在于说明DNA的错配修复过程。20世纪80年代末，他发现分子修复机制在体外已经能够重建，但是一个错误在出现后细胞有多种修复机制，除了目前知道的碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复，还有一些DNA修复机制。每天我们的DNA都会受到一些损坏，比如紫外线、香烟或其他有毒物质，每个细胞分裂时都会出现错配问题，但我们的基因组仍然会修正它们。如果细胞修复机制出现错误，那么癌症就有可能发生，因此研究人员试图利用这个特点研发新的癌症药物，这也是三位科学家的贡献之一。

（本文转自腾讯科技）