一.前言
這年得獎者的研究在於抗體化學結構的發現,Gerald Maurice
Edelman(美國人)和Rodney Robert Porter(英國人)共同獲得此項殊榮。因此針對兩位偉大的研究者下面將做一番介紹。我們分為幾部分,從他們的經歷自傳到研究內容及發現抗體化學結構後之應用,希望大家看完後能更瞭解他們及他們的研究成果。
二.得獎人介紹
*Gerald M. Edelman
Gerald M. Edelman博士於 1929 年 7 月 1 日出生於紐約,父母分別是 Edward Edelman及
Anna Freedman Edelman,他的父親在紐約是一位應用物理學家。
當他結束在紐約公立學校的基本教育,之後Edelman就讀美國賓夕法尼亞州的
Ursinus 大學,並以優異的成績在1950年拿到理學士。之後他就讀於賓夕法尼亞大學的醫學系,並在1954年拿到醫學碩士。之後他就任職於麻薩諸塞州醫院擔任藥劑師。1955年成為美國軍隊醫療部上尉,並參予了多項醫院基地與位於法國巴黎的美國醫院所共同合作的醫療計劃;1957年則以畢業研究員的身份進入Rockefeller
Institute的Henry G. Kunkel博士實驗室。
在他1960年拿到博士後,他持續在Rockefeller Institute研究院中任助理院長,並繼續在其實驗室中做研究。在
1963 年他成為了副院長,且持續到1966年才從此一職位上退休。從那時候到現在他已經成為 Rockefeller University的教授。
Edelman 參加了許多科學性的協會,例如國家自然科學協會、美國自然科學與藝術協會、美國生物化學公會以及美國免疫學協會等等。1964到1967則是國家健康學會生物物理和生物化學研究的一員。目前,他參與Massachusetts
Institute of Technology神經科學研究計劃,為Governors of the Weizmann
Institute of Science和the Advisory Board of the Basel Institute
for Immunology的一員。
Edelman 的獲獎更是不計其數,除了在 1972 年獲得諾貝爾醫學獎外,也在1954年獲得賓州大學Spencer
Morris Award,在1965年生物化學方面獲得美國化學公會的the Eli Lilly Award。1969年在Ursinus學院的年度校友獎。
其實 Edelman 的研究興趣十分廣泛,除了獲得諾貝爾獎的抗體結構外,他也對如何利用螢光顯微鏡及螢光探針來研究蛋白質及對分子或細胞發展新的分餾法。他研究的興趣包括對蛋白質的一級及三級結構、植物
mitogen 的結構及功能和細胞表面的研究。(*1)
他爾後的研究集中於形態發生,例如組織和器官構成的差異。從1981年起,他成為the
Neurosciences Institute at Rockefeller University的主管,他試著建構腦功能和神經發展的一般性理論,並在他的書中探討神經進化論(The
Theory of Neuronal Group Selection (1987))。(*2)
1950年Gerald M. Edelman和Maxine M. Morrison結婚,現在擁有兩個兒子及一個女兒。
*Rodney R. Porter
Rodney Robert Porter於1917年10月8日在英國的Newton-le-Willows蘭開郡出生。
他在1939年於University of Liverpool拿到學士學位,並在1948於劍橋拿到博士學位。取得博士後在劍橋工作了一年,1949年他成為National Institute of Medical Research的科學人員, 直到1960年才加入St. Mary's Hospital Medical
School, London University成為第一個免疫學教授。1967年他被指派為牛津大學的生化教授。
他的生平得獎如下:
Fellow of the Royal Society,
1964
Gairdner Foundation Award of
Merit, 1966
Ciba Medal (Biochemical
Society), 1967
Karl Landsteiner Memorial
Award from the American Association of Blood Banks, 1968
National Academy of Sciences,
U.S.A., Foreign Member 1972
他在劍橋時拿到的博士學位是師承於Dr.
F. Sanger,而且是在研究蛋白質化學。1948年Porter開始研究抗體的結構,但是與Dr. A. J. P. Martin共同合作下,研究轉移到蛋白質分餾的方法,特別是色層分析法。
1958-59年他的研究回到抗體的化學結構,利用木瓜蛋白,他得到三個片段的產物。1962年,他在St. Mary's
Hospital Medical School繼續研究這項主題,並推出抗體縮氨酸鏈的結構。
自從搬到牛津後,他關心抗體結構的結合位置,免疫血球素遺傳的標記,和近來化學結構一些早期全部構成要素。
1940-46Porter加入軍隊,從服伺the R.A., R.E.,
and R.A.S.C.,最後成為軍隊中的少校。1942年阿爾及利亞入侵時在第一軍團。在Silicy到義大利入侵時為第八軍團。他留在地中海中央軍隊,在義大利、澳洲、希臘、特里克島直到1946年一月。(*3)
二.研究內容
Edelman和Porter1972由於發現抗體的結構而獲得了諾貝爾生理醫學獎。免疫體或抗體是存在於血液中的一群蛋白質的名稱,在感染之防禦及各種疾病發病時擔任重要的角色。但在這之前,對抗體的認識實在是非常的不完整,直到
Edelman 與Porter1959 發表了他們初步的的研究成果,並在接下來幾年繼續完成了幾項對於抗體的重要研究。抗體最特殊的是:與生體的不同物質(抗原)
反應而結合,具有非常獨特的結合能力。血液中大概存在五萬多種不同的抗體,各種抗體只對一特定的抗原產生反應。這些抗體的基本性質相類似,但各種抗體都具特性,因而形成及不勻的集團,又因為抗體被視為具有複雜構造的巨大分子,所以抗體的化學研究一直無法順利進行。(*4)
Edelman和Porter 各自發表了對抗體分子構造基本研究成果,他們皆將抗體分解成小片段來觀察。Porter主要致力於將抗體中負責與外來抗原結合的部分從抗體中分開,他發現可利用酵素--木瓜蛋白(papain),將抗體分成三部分(參考fig.3.),其中包含了兩個較小且相似的片段,可與抗原特異地結合,其他方面也有幾乎相同的性質;另外一片段欠缺活性,但保持原來的抗體分子具有生物學上的性質。
Edelman將抗體分子假定與其他各種蛋白質一樣,由一些 polypeptide鏈所構成,而他認為polypeptide鏈間最可能以硫鍵結合在一起,故他試圖將這些鍵結打斷來觀察其中的各條polypeptide鏈,結果他發現這些胺基酸鏈單獨存在時都不具有任何抗體的功用。後來他們兩人終於證實:抗體是由四條
polypeptide 鏈,就是兩條同樣的light chains和兩條同樣的heavy chains所構成,並全部集合成一個Y 字型(參考fig.1.),其Y字上半部之
V 字型的兩邊,分別由一條light chain及一條heavy chain的上半部所組成,負責與外來的抗原結合,Y字的下半部則包含了兩條heavy
chains的下半部;其實抗體有多種不同的種類,每一種都具有其不同的功能與特性,但是它們全部都具有上述所說的分子型態。Porter綜合這些結果提出抗體分子的標本,後來被證實具有非常的正確性。
Edelman與Porter的研究為生物醫學界帶來很大的衝擊,他們描繪出抗體這個重要的分子其分子結構及作用方式,為接下來的研究奠定了一個重要的基礎,其中在免疫學當中佔了極大的部分。而且他們的發現馬上為全世界帶來了一股研究的風潮,不論是在免疫學界、生物化學界、醫學界,因為這是對於學術的研究上及臨床的診斷與治療上的一大突破。
(*5)
Fig.1.Edelman諾貝爾演講報告中所展示的抗體化學結構
Fig.2. Gerald
M. Edelman with a model of the gamma globulin molecule, 1972(*2)
Fig.3.Poter在他諾貝爾演講報告中,展示利用papain作用於兔子的IgG上,可得三個片段。
Fig.4. 利用Double
diffusion來看heavy
chains及light
chains 跟Anti
Fab及
Anti Fc的作用。light
chain只跟anti
Fab反應,而heavy
chain跟anti
Fab
和anti
Fc都有反應,。這代表了,Fab包含部分的heavy
and light chains,而Fc只包含heavy
chain.(此為Poter的實驗)
Fig.5.利用fig.4.Poter推出抗體化學結構如下
三.發展與應用
抗體的應用很廣泛,尤其在我們瞭解它的構造後,對於它的研究與發展,更是越來越重要。在各種生物醫學研究中,無不利用特異性抗體來鑑定、分離、或純化抗原,而在醫學診斷上,也無不利用抗體做為有力的工具。尤其自單株抗體發展以來,抗體的應用價值又大幅地提高,成為各種領域中需要的技術。而細胞激素及疫苗在疾病防治上的應用價值更是不容置疑的。疫苗(vaccine)是利用B細胞的記憶能力讓身體先具備產生抗體的能力,用以對抗將來可能碰上的疾病。不過如果身體沒有預先產生抵抗力時就受到病菌的攻擊時,就必須直接注射抗體來救急。假設是被毒蛇咬傷,就要記清楚毒蛇的特徵,到醫院注射對抗蛇毒的抗體。這些抗體是由馬或牛預先注射蛇毒,然後再抽它們的血而得到的,不過現今可利用微生物基因工程技術而獲得。因此,抗體不僅在各種生物醫學研究領域中是非常重要的,在防治疾病及生物技術的實用價值上,更是一項不可或缺的角色。
另外,由於哺乳類動物的免疫系統相當的精密,幾乎任何的外來物質都會引
發免疫反應而產生抗體,抗體因而有了更廣泛的應用。安非他命、FM2、搖頭丸等毒品都可以注射到動物體內而產生專一性的抗體,而這些抗體就可以應用於各種檢驗試劑,從尿液中分辨是否有這些毒品的存在,只要幾分鐘就可以讓毒蟲無所遁形。(*6)
實驗室中,酵素連結免疫吸附分析法(enzyme-linked immunosorbent assay;ELISA)也是抗體的應用,可以測定抗原或抗體。此法的原理是以一種酵素連結到抗原或抗體上,用酵素活性來做為定量標記。
總之,在現今生物科技的蓬勃發展下,抗體所存在的地位是無庸置疑的,以現在的知識水平,抗體不再是遙不可及或是模糊不清的物質,當然這要歸功於,前人花了多少心血才能有今天的成果,而對Gerald
Maurice Edelman和Rodney Robert Porter前輩,我要獻上最高的敬意與感謝。
四.參考資料
1. http://www.nobel.se/medicine/laureates/1972/edelman-bio.html
2. http://www.britannica.com/nobel/micro/185_88.html
3. http://www.nobel.se/medicine/laureates/1972/porter-bio.html
4 http://www.ck.tp.edu.tw/~swhsiao/docs/nobel.html
5. http://www.nobel.se/medicine/laureates/1972/press.html
6.http://216.239.35.100/search?q=cache:xNx-z_59M5wC:www.dreye.com/tw/word/dictionary/antibody.htm+%E6%8A%97%E9%AB%94+%E6%87%89%E7%94%A8&hl=zh-TW&lr=lang_zh-TW&ie=UTF8