北京時(shí)間10月7日傍晚，諾貝爾委員會(huì)宣布，2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)被授予給Emmanuelle Charpentier和Jennifer a . Doudna，以表彰她們“開發(fā)出一種基因組編輯方法”——CRISPR/Cas9基因剪刀。這也是諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)首次被兩位女性科學(xué)家共享。
利用這項(xiàng)技術(shù)，研究人員可以極其精確地改變動(dòng)物、植物和微生物的DNA。這項(xiàng)技術(shù)還對(duì)生命科學(xué)產(chǎn)生了革命性的影響，正在為新的癌癥療法做出貢獻(xiàn)，并可能使治愈遺傳性疾病的夢(mèng)想成真。
“這項(xiàng)基因工具蘊(yùn)含著強(qiáng)大的力量，影響著我們所有人。它不僅徹底改變了基礎(chǔ)科學(xué)，而且推動(dòng)了創(chuàng)新作物的誕生，未來(lái)還將會(huì)為突破性的新醫(yī)學(xué)療法指明方向，”諾貝爾化學(xué)委員會(huì)主席Claes Gustafsson說(shuō)。
上海農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所研究員唐雪明表示心情很激動(dòng)：
“祝賀兩位女科學(xué)家！過(guò)去的3年，我都在期待基因編輯技術(shù)能獲得實(shí)至名歸的諾貝爾獎(jiǎng)，基因編輯技術(shù)在過(guò)去幾年里中在多領(lǐng)域的實(shí)踐都取得激動(dòng)人心的成果。今年這個(gè)愿望終于實(shí)現(xiàn)了。
兩位女科學(xué)家獲獎(jiǎng)是眾望所歸，再加一個(gè)張鋒應(yīng)該也是實(shí)至名歸。自從他第一個(gè)編輯了哺乳動(dòng)物細(xì)胞以來(lái)，對(duì)基因編輯技術(shù)進(jìn)步的貢獻(xiàn)真是無(wú)人能及！好可惜！我理解委員會(huì)還是把這個(gè)基因編輯技術(shù)的獎(jiǎng)給了兩位切第一刀的人。諾貝爾獎(jiǎng)關(guān)注的是第一發(fā)現(xiàn)者，比如屠呦呦獲獎(jiǎng)，田中耕一獲獎(jiǎng)都是這樣。無(wú)論如何，祝賀基因編輯技術(shù)獲獎(jiǎng)！”
眾望所歸的兩位獲獎(jiǎng)?wù)?br style="box-sizing: border-box;">
埃曼紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier），法國(guó)微生物學(xué)、遺傳學(xué)和生物化學(xué)教授和研究員，目前在德國(guó)柏林馬克斯·普朗克病原學(xué)研究所工作。
她的大部分研究都有一個(gè)共同對(duì)象：致病細(xì)菌。它們?yōu)槭裁催@么好斗？它們?nèi)绾伟l(fā)展對(duì)抗生素的抵抗力？是否有可能找到可以阻止其進(jìn)展的新療法？
2002年，卡彭蒂耶在維也納大學(xué)成立了自己的研究小組，專注于對(duì)人類造成最大傷害的細(xì)菌之一：化膿鏈球菌。每年，它感染數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人，經(jīng)常引起扁桃體炎和膿皰瘡等可治愈的疾病。但是，它也可能導(dǎo)致危及生命的敗血癥并破壞體內(nèi)的軟組織，被冠有“食肉者”的可怕稱號(hào)。
為了更好地了解化膿性鏈球菌，夏彭蒂爾首先徹底研究了這種細(xì)菌的基因是如何調(diào)控的。這項(xiàng)決定是發(fā)現(xiàn)基因剪刀的第一步。
卡彭蒂耶以破譯細(xì)菌CRISPR / Cas9免疫系統(tǒng)的分子機(jī)制并將其重新定位為基因組編輯工具而聞名。她發(fā)現(xiàn)了一種非編碼RNA成熟的新機(jī)制，該機(jī)制在CRISPR / Cas9的功能中至關(guān)重要，還證明了一種被稱為tracrRNA的小RNA對(duì)于crRNA的成熟至關(guān)重要。
Jennifer a . Doudna
詹妮弗·杜德納（Jennifer a . Doudna），美國(guó)生物化學(xué)家，現(xiàn)任美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校教授，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員。
在2012年，杜德納和她的同事們?cè)阪溓蚓?xì)菌“ CRISPR ”免疫系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的一種名為Cas9的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)與引導(dǎo)RNA協(xié)同工作，像剪刀一樣起作用。這種蛋白質(zhì)會(huì)攻擊目標(biāo)病毒的DNA并將其切成薄片，從而阻止其感染細(xì)菌。該發(fā)現(xiàn)減少了編輯基因組DNA所需的時(shí)間和工作。
杜德納在生物化學(xué)和遺傳學(xué)方面也做出了重要貢獻(xiàn)，例如她通過(guò)對(duì)核酶的X射線晶體學(xué)研究確定了其結(jié)構(gòu)。
基因剪刀：重寫生活準(zhǔn)則的工具
如果研究人員想要了解生命的內(nèi)部運(yùn)作原理，則必須掌握修改細(xì)胞中基因的能力。
這曾經(jīng)是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有時(shí)甚至是不可能的工作。但現(xiàn)在有了CRISPR/Cas9這把基因剪刀，研究人員可以在幾周的時(shí)間內(nèi)改變生命密碼。
CRISPR/Cas9技術(shù)誕生于2012年，其原理如同用剪刀剪切DNA，然后插入或重新排列基因代碼。
Cas9是一種內(nèi)切酶，能剪切DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的兩條鏈。有些內(nèi)切酶會(huì)隨機(jī)剪切DNA長(zhǎng)度的任何位點(diǎn)。其他內(nèi)切酶會(huì)尋找特定的DNA序列，然后剪切那個(gè)位點(diǎn)。然而，同樣的序列會(huì)在基因組中多次出現(xiàn)，因此無(wú)法用限制性內(nèi)切酶來(lái)剪切特定的一個(gè)位點(diǎn)。
和限制性內(nèi)切酶不同，細(xì)菌性Cas9能剪切特定的一個(gè)位點(diǎn)，被剪切的DNA序列是指定的。Cas9與CRISPR系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，后者使用一種小片段RNA來(lái)引導(dǎo)Cas9作用于靶位點(diǎn)。
在自然界，這種小片段RNA通常用來(lái)抵御病毒（噬菌體）序列。Cas9尋找病毒序列，然后剪切它，因此CRISPR系統(tǒng)是細(xì)菌抗病毒防御機(jī)制的一部分。
不過(guò)，這種引導(dǎo)Cas9的小片段RNA可以用研究人員選定的一個(gè)序列代替。CRISPR系統(tǒng)的一個(gè)好處在于，你可以提供不止一種引導(dǎo)分子，意味著你可以指導(dǎo)系統(tǒng)剪切不止一個(gè)位點(diǎn)。CRISPR系統(tǒng)能夠確定它要剪切的DNA序列，但脫靶編輯仍然時(shí)有發(fā)生，科學(xué)家們一直在想辦法解決這個(gè)問(wèn)題。
就像在科學(xué)上經(jīng)常發(fā)生的那樣，CRISPR/Cas9發(fā)現(xiàn)純屬偶然。埃曼紐爾·卡彭蒂耶在化膿性鏈球菌（對(duì)人類危害最大的細(xì)菌之一）的研究中，她發(fā)現(xiàn)了一種之前未知的分子——tracrRNA。她研究發(fā)現(xiàn)，tracrRNA是細(xì)菌古老免疫系統(tǒng)CRISPR/Cas的一部分，通過(guò)裂解病毒的DNA來(lái)消滅病毒。
2011年，卡彭蒂耶在發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。同年，她開始與詹妮弗·杜德納合作。杜德納是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的生物化學(xué)家，對(duì)RNA有深刻的了解。她們的最初想法是開發(fā)一種新形式的抗生素，最后卻成功地在試管中再造了細(xì)菌的基因剪刀，并簡(jiǎn)化了剪刀的分子組成，使其更容易使用。
在一個(gè)劃時(shí)代的實(shí)驗(yàn)中，兩人對(duì)基因剪刀重新編程，使其在自然形態(tài)下可以從病毒中識(shí)別DNA，在一個(gè)預(yù)定的位置切斷任何DNA分子。在DNA被切斷的地方，就很容易改寫生命密碼。
自CRISPR/Cas9基因剪刀2012年被發(fā)現(xiàn)后，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)領(lǐng)域。
現(xiàn)在，生物化學(xué)家和細(xì)胞生物學(xué)家可以輕松地研究不同基因的功能及其在疾病進(jìn)展中的可能作用；
在植物育種中，研究人員可以賦予植物特定的特征，例如在溫暖的氣候下抵抗干旱的能力；
在醫(yī)學(xué)上，該基因編輯器為新的癌癥療法和試圖治愈遺傳性疾病的首批研究做出了貢獻(xiàn)。
除了上述優(yōu)點(diǎn)之外，這把基因剪刀也很可能被濫用。例如，該工具可用于創(chuàng)建轉(zhuǎn)基因胚胎。但是，多年來(lái)，有控制基因工程應(yīng)用的法律和法規(guī)，其中包括禁止以允許遺傳改變的方式修改人類基因組。另外，涉及人畜的實(shí)驗(yàn)必須在進(jìn)行之前得到倫理委員會(huì)的審查和批準(zhǔn)。
可以肯定的是，這種新工具可能有助于解決人類目前面臨的許多挑戰(zhàn)，也將帶來(lái)新的道德問(wèn)題，把生命科學(xué)帶入了一個(gè)新時(shí)代。
一線科學(xué)家演講
帶你深入了解「基因編輯」
什么是基因編輯？
基因編輯的優(yōu)點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)是什么？
為什么說(shuō)基因沒有好壞之分？
我們知道人類的遺傳信息都是存儲(chǔ)在DNA中，而DNA是由ATCG四種核苷酸來(lái)編碼遺傳信息。人類的基因組里一共有30億個(gè)堿基，30億個(gè)核苷酸，可以編碼兩萬(wàn)五千個(gè)基因，而每一個(gè)基因都編碼一種蛋白質(zhì)。
蛋白質(zhì)是我們生命活動(dòng)的執(zhí)行者，它不僅組成了我們的身體，也決定了我們?nèi)绾芜\(yùn)動(dòng)和思考。因此，基因上的差別會(huì)造成我們每個(gè)人的差異。而一旦這些基因發(fā)生突變，就會(huì)導(dǎo)致一些遺傳疾病。
但如果我們能想辦法將突變的那個(gè)堿基糾正的話，就意味著可以治療這種疾病。所以，科學(xué)家一直對(duì)基因編輯技術(shù)非常著迷，只是苦于長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法突破。
突破的難度在哪呢？打個(gè)比方，如果我們要把這30億條的遺傳信息印在書上的話，那么需要印一千本書，每本一千頁(yè)，每一頁(yè)上有三千個(gè)字母。更要命的是，這一千本書還必須得裝在一個(gè)只有千分之一毫米的細(xì)胞核里面。大家試想一下，從這些基因里找出有突變的那個(gè)堿基，就好比是在一千本《射雕英雄傳》里找到一個(gè)錯(cuò)字。
但是科學(xué)家的創(chuàng)造力是無(wú)窮的。2012年，基因技術(shù)有了重大的突破。三位科學(xué)家發(fā)明了一種新的技術(shù)，叫CRISPR。這一技術(shù)自誕生起，就成為了應(yīng)用最廣泛的基因編輯技術(shù)。
“數(shù)說(shuō)”諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
111次頒獎(jiǎng)
183位獲獎(jiǎng)?wù)?/span>
97歲與35歲
5位女性獲獎(jiǎng)?wù)?/span>
百年諾貝爾：化學(xué)？物理？生理？傻傻分不清
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