基因剪刀: 改写生命密码的工具

2020-10-09 10:13来源: 科技日报

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  埃玛纽埃尔·沙尔庞捷(左)

  珍妮弗·道德纳(右)

  本版图片均来自诺贝尔奖官网

  10月7日,2020年诺贝尔化学奖被授予法国生物化学家埃玛纽埃尔·沙尔庞捷和美国生物化学家珍妮弗·道德纳,以表彰她们对新一代基因编辑技术CRISPR的贡献。

  诺贝尔奖委员会表示,这两位科学家的发现非常重要——她们发现了基因技术中最强有力的工具之一:CRISPR/Cas9基因剪刀。使用这一技术,研究人员可以非常精准地改变动物、植物和微生物的DNA。这一技术对生命科学产生了革命性的影响,正在催生新的癌症疗法,并有可能使治愈遗传性疾病梦想成真。

  意外之喜

  在卷帙浩繁的科学史上,有不少科学发现是“无心插柳”,发现这些基因剪刀工具也是意外之喜。

  沙尔庞捷在对化脓性链球菌——一种对人类造成最大伤害的细菌进行深入研究的过程中,发现了一种以前未知的分子tracrRNA,她的研究表明,tracrRNA是细菌古老的免疫系统CRISPR/Cas9的一部分,该系统通过切割DNA来解除病毒的武装。

  2011年,沙尔庞捷发表了这一研究。同年,她开始与拥有丰富RNA知识的资深生物化学家珍妮弗·道德纳携手合作。在研究中,她们偶然注意到,在一种名叫Cas9的蛋白的加持下,CRISPR才能显示出它作为基因组编辑工具的强大潜力。

  这两位女科学家共同努力,成功地在试管中重建了细菌的基因剪刀——CRISPR/Cas9,并简化了其分子成分,使其更易于使用。随后,她们对这一基因剪刀进行了重新编程——这是一个具有划时代意义的实验。这一剪刀天生就能识别病毒中的DNA,沙尔庞捷·道德纳证明可以对其进行控制,实现对DNA的“定点”切割,而在DNA被切割的地方,科学家们可以容易地改写生命的密码。

  这些研究成果显著提升了基因编辑的效率,这两位科学家也荣登《时代》周刊“2015年全球最具影响力100人”。

  大显身手

  研究人员若想发现生命的内部运作原理,就需要修改细胞中的基因,这曾经是一项耗时、困难甚至有时不可能完成的工作,但借助CRISPR/Cas9基因剪刀,科学家们现在能在几周内改变生命的密码。

  自从沙尔庞捷和道德纳在2012年发现CRISPR/Cas9基因剪刀以来,有越来越多科学家开始使用这一工具。该工具在很多基础研究领域“大显身手”,比如,植物研究人员已经借助这套工具开发出能够抵抗霉菌、病虫害和干旱的农作物。在医学领域,创新型癌症疗法的临床试验正在进行中,能够治愈遗传性疾病的梦想即将实现。

  正如诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫森所说:“这种基因工具拥有强大的力量,影响我们所有人。它不仅使基础科学发生了革命性的变化,而且还制造出了新奇的作物,并将催生开创性的新疗法来治愈很多疾病”。

  CRISPR/Cas9基因编辑系统是本世纪最重要的生物学发现之一。2015年,《科学》杂志将其评为年度十大科学突破之一,并高居榜首。这一基因剪刀将生命科学带入了一个新时代,并在许多方面为人类带来了最大福祉——而奖励那些给人类带来最大福祉的技术人员和科学家,正是诺贝尔奖创立的初衷!(刘 霞)

[责任编辑: 张蕃 ]
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