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永生的海拉细胞

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北纳生物 张婷 2020-07-28 16:54 评论( 0 ) 浏览( 51 )

我们都知道,人必然会经历衰老、死亡。人的成长过程,就是身体细胞不断代谢的过程,细胞会分裂产生新细胞,但是它的分裂不是无限的。


正常的人类细胞平均在分裂50次左右就会凋亡,这个现象被称为“海夫利克极限”(HayflickLimit)--“海夫利克极限”论由美国微生物学家列奥那多·海佛烈克发表于1965年,该理论指出人类体内细胞在分裂56次后即因自产毒素而消亡,临床医学倾向于认定这便是导致我们的身体衰老、死亡的原因,即“56次”为人类细胞自行分裂、维系身体新陈代谢周期的极限。


1951年,美国黑人妇女海瑞塔·拉克丝(HenriettaLacks)身体不适,经约翰·霍普金斯大学医院诊断,发现她患上了子宫颈癌。主治医生从拉克丝身上采集了癌细胞标本,交给了一直致力于在人体外培养恶性肿瘤细胞的乔治·盖伊(GeorgeGey)博士。当时的医学界已实现了青蛙和老鼠的细胞培养,但尚未有人成功培养出人类细胞。


盖伊助理起初并未十分在意,为方便起见,她将病人姓名的缩写HeLa写在试管侧面,标注清楚后就把标本放进了培养室。随后研究人员发现海拉细胞在疯狂生长,每隔24小时就增加一倍。实验员把它们分到别的试管里,很快又被填满。


海拉细胞比人类的健康细胞长得快20倍,健康细胞没几天就死光了,但海拉细胞却不同,只要有合适的营养环境,它就会一直分裂生长,永不停息。无情的癌细胞最终夺去了拉克丝的生命,但海拉细胞却一直活着,成为医学研究的重要工具。譬如在1953年,Jonas Salk进行脊髓灰质炎疫苗的研制,急需理想的细胞载体检验疫苗效果,海拉细胞的发现解决了这项棘手的问题,保护上百万人免受疾病侵害。


在大多数研究中,海拉细胞都被看作模式的人类细胞。差不多每个从事过生命科学专业学习和研究的学生都绕不开海拉细胞这个名字。盖伊本人后来也死于癌症,他也曾想让自己的细胞永生,却没能获得成功。


但是,起初人们并不清楚海拉细胞无限繁殖的原因,直到Jack Szostak、Elizabeth Blackburn 、Carol Greider 三位科学家一起揭示了端粒和端粒酶保护染色体的机制,并在2009年获得诺贝尔生理学奖。


端粒酶是一种由催化蛋白和RNA模板组成的酶,可合成染色体末端的重复DNA(端粒),赋予细胞复制的永生性。细胞每分裂一次,染色体末端就会损耗一点,而端粒就像是加在染色体上的帽子,可以避免染色体受损。一旦端粒被磨损耗尽,染色体开始受到损害,那么就会诱导细胞的凋亡机制。


有科学家估算,迄今为止培养出的海拉细胞已超过5000万吨,累计已繁殖18000多代,体积相当于100多幢纽约帝国大厦。据不完全统计,与海拉细胞有关的科学论文已超过65000份。进入21世纪以来,已有5个基于海拉细胞的研究成果获得了诺贝尔奖。




海拉细胞贡献编年

1952 年,研究人员用各种从腮腺炎、麻疹到疱疹等疾病组织分离出的病毒感染海拉细胞,由此孕育产生现代病毒学。


1953 年,海拉细胞的实验者发现,一种名叫苏木素的着色剂能让细胞核染色体清晰可见,利用这一发现,科学家们成功找出唐氏 综合征等疾病的遗传联系,逐渐掌握遗传疾病的诊断方法,基因检测原理由此被发现。


1954 年,海拉细胞帮助科学家实现了细胞克隆。科学家利用其具有顽强生命力的特征,发明了一种分离单一细胞的方法,并让其 存活足够长的时间来复制和创造一个自身的完美拷贝。这一重大突破为动物克隆、基因疗法、试管受精和干细胞分离等尖端生物医学奠 定了基础。


1956 年,海拉细胞先于人类,随一颗苏联卫星进入太空,开始被用于太空生物学研究。美国宇航局后来又在首次载人航天飞机中 携带了海拉细胞,并发现癌细胞在太空中繁殖更快。


1965 年,海拉细胞帮助实现了基因混合。通过将海拉细胞和小鼠细胞融合,人类首次创造了跨物种混合体。基因混合技术不仅让 科学家们成功绘制出人类基因图谱、进行血型鉴定,也带动了抗癌药物赫塞汀的发明。


1973 年,科学家利用海拉模型沙门氏菌的扩散,测定其传染性,并研究其在人体细胞中的活动。


1984 年,德国病毒学家利用海拉细胞证明了人乳头状病毒 (HPV) 会导致癌症,这项发现最终获诺贝尔奖,也向 HPV 疫苗的成功研制迈出了第一步。


1986 年,科学家发现如何让海拉细胞感染人体免疫缺陷病毒 HIV,俗称艾滋病病毒。通过它找到了一个关键受体,揭示了这种病毒的感染机制。


1989 年,科学家查明,海拉细胞不死的奥秘在于其含有端粒酶,它可以不断将端粒重新加上去,让端粒再生进而保证细胞不断分裂,从此控制生物衰老的神秘物质——端粒酶走进了人们视线。


1993 年,研究人员让海拉细胞感染结核杆菌 DNA,初步查明了细菌侵袭人类细胞的机制。


2013 年,来自欧洲分子生物学实验室和德国海德堡大学人类遗传学研究所的研究人员首次成功将海拉细胞基因组测序。这项最新的研究主要设计和分析海拉细胞不正常的基因特点,以及更好地利用海拉细胞作为人类生物学的模型。研究人员发现海拉细胞的基因组数量以及染色体的结构都不正常,这些不正常就像癌细胞丧失了大量的正常的基因拷贝一样。特别是,科学家 们发现,在每个细胞的染色体上有大量的区域包含了错误的基因排序,正常的基因拷贝数也更少。这是一个染色体碎裂的警示信号,这一现象与 2%~3% 的癌症有关。这些基因现象为进一步研究海拉细胞提供了丰富的信息,可从中得出更重要的生物学结论。

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