基因编辑丨改变人类命运的第一步

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10月7日,年诺贝尔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·杜德纳,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。使用这些技术,研究人员可以非常精确地改变动物、植物和微生物的DNA。这些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。

目前人类对基因的认识分为几个阶段:

第一阶段:了解啥是基因,基因特点,并了解部分简单的基因功能,然后找到准确而可靠的方法改变这些基因序列,改变蛋白质,并观察到表型变异。

第二阶段:了解全部的基因,认识到基因与基因之间的相互联系(不仅仅是操纵子这种简单的相互联系),能够通过改变联系来改变表型。

第三阶段:结合蛋白质的空间结构,能够通过改变基因的某些序列,改变空间结构,然后随意调整蛋白功能的表达与不表达,表达的强弱(这里不仅仅指蛋白质,转录因子,小RNA等也包括在内)。

第四阶段:结合代谢,结合代谢通路,能够完成的了解生命过程,能够完整的明白整个基因的表达过程,然后进行部分的调控。

第五阶段:随意改造基因,并且不会引起整个系统的失调,不会引起不可预知的错误。

我们现在处于,能够认识到部分基因的功能,能够了解到有些不编码基因的序列也具有一定的功能,能够通过过表达,沉默等技术一定程度上调整基因的表达与否。

意外之喜

本次发现的CRISPR/Cas9基因剪刀,可以说是科学家辛勤付出后的意外之喜。例如化学元素周期表、苯环结构等科学发现在卷帙浩繁的科学史上一样都是“无心插柳”。

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,发现了一个以前未知的分子tracrRNA,她的研究表明tracrRNA是细菌古老的免疫系统CRISPR/Cas的一部分,该系统通过切割DNA来解除病毒的武装。

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·杜德纳携手合作,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。

这两位女性科学家共同努力,成功地在试管中重建了细菌的遗传剪刀——CRISPR/Cas9,并简化了这一剪刀的分子成分,使其更易于使用。随后,她们对这一遗传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,但沙尔庞捷和杜德纳证明可以对其进行控制,使她们能“定点”对DNA进行切割,而在DNA被切割的地方,科学家们可以更容易改写生命的密码。

这些研究成果显著提升了基因编辑的效率,这两位科学家也被《时代》周刊选入年全球最具影响力人。

大显身手

研究人员若想要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。

自从沙尔庞捷和杜德纳在年发现CRISPR/Cas9基因剪刀以来,有越来越多科学家开始使用这一基因剪刀。该工具在很多基础研究领域“大显身手”,比如,植物研究人员已经能够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,研究人员正在运用该技术,探索阿尔兹海默症、精神分裂症等疾病的治疗方法,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照进现实。

正如诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫森所说:“这种遗传工具拥有强大的力量,这影响我们所有人。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疗很多疾病”。

CRISPR/Cas9基因编辑系统是本世纪最重要的生物学发现之一。年,《科学》杂志将其评为年度十大科学突破之一并高居榜首。这些遗传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的福祉——而奖励那些给人类带来最大福祉的技术和科学家,正是诺贝尔奖创立的初衷!

今年的诺贝尔奖单项奖金增加到0万瑞典克朗(约合人民币万元),比年增加万瑞典克朗。

过去5年诺贝尔化学奖得主名单

年——美国和日本3位科学家JohnBGoodenough、M.StanleyWhittlingham、AkiraYoshino获奖,获奖理由是“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”。

年——美国科学家FrancesH.Arnoid获奖,获奖理由是“研究酶的定向进化”;另外两位获奖者是美国的GeorgeP.Smith和英国的SirGregoryP.Winter,获奖理由是“研究缩氨酸和抗体的噬菌体展示技术”。

年——瑞士、美国和英国3位科学家JacquesDubochet、JoachimFrank和RichardHenderson获奖,获奖理由是“研发出冷冻电镜,用于溶液中生物分子结构的高分辨率测定”。

年——法国、美国、荷兰3位科学家Jean-PierreSauvage、J.FraserStoddart和BernardL.Feringa获奖,获奖理由是“分子机器的设计与合成”。

年——瑞典、美国、土耳其3位科学家TomasLindahl、PaulModrich和AzizSancar获奖,获奖理由是“DNA修复的机制研究”。

诺贝尔化学奖小知识

——截至年,诺贝尔化学奖共颁发了次,没有颁发的8年分别是、、、、、、和年。

——年至年,共人次获奖,实际获奖个人为人,因为英国科学家FrederickSanger于年和年两次获奖。

——次颁奖中,63次为单独获奖者,23次为2人共享,25次为3人共享。

——最年轻的获奖者是法国科学家FrédéricJoliot,年因“合成新的放射性元素”与妻子IrèneJoliot-Curie一起获奖,时年35岁。

——最年长的获奖者是美国科学家JohnB.Goodenough,年因“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”获奖,时年97岁。他也是诺奖得主中获奖时最年长的一位。

——位诺贝尔化学奖得主中,只有5位女性。分别是年的居里夫人(居里夫人另外还获得年的物理学奖)、年的IrèneJoliot-Curie、年的DorothyCrowfootHodgkin、年的AdaYonath,以及年的FrancesH.Arnold。

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