诺贝尔奖化学奖授予CRI

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年诺贝尔化学奖已授予开发CRISPR基因编辑技术的EmmanuelleCharpentier和JenniferA.Doudna。

CRISPR到底是一种怎样的技术?

答主:waiwai(+赞同,知乎编辑推荐)

CRISPR(clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats)就是细菌体内的一串DNA序列,CRISPR系统还包括了一系列与之功能相关的蛋白。

CRISPR在细菌体内本来是起适应性免疫作用的(有点像人的获得性免疫)。细菌也是会被得传染病的嘛。细菌被病毒感染了,当然也不会束手就擒。病毒感染细菌,对于细菌而言就是细胞内多了一些不是自己的DNA序列,这些序列可能表达出一些对细菌本身有害的的蛋白,所以细菌只要把这些外来的DNA破坏掉就可以了。

CRISPR就是这么一套很巧妙的系统。它先把外来DNA的片段整合进细菌自己的基因组,然后转录出RNA,经过一些剪切之后,利用这些RNA把带有DNA内切酶活性的Cas蛋白直接引导到外源序列的位置,于是,外源DNA就可以被剪断。

对于细菌而言,就完成了对外来病原体的快速精确打击。这些整合进基因组的序列还可以传给子代细菌(要是人的免疫可以这么遗传,就不用每个小孩都拉去打疫苗了),所以CRISPR现在也被用作微生物分类的一个依据。

至于最近很火的CRISPR技术其实是利用了CRISPR系统中的RNA引导Cas蛋白去切断目标DNA的这一个步骤。如果破坏的是自己的基因,不就是达到了基因敲除的作用了嘛。

当然CRISPR的爆红主要是还是因为这套技术好用,一方面是省时间,一方面是精度高。

省时间是因为要达成基因敲除的目的,只需把两段序列导入细胞就大功告成了。一段序列是Cas9蛋白的基因,它是可以切断DNA双链,就算是DNA有 化也照样切。

另一段用来转录一条RNA,前一部分是与目标基因配对的,后一半用来与蛋白结合,这样就把Cas9拉过来,切断目标基因。切断了之后,对于真核细胞,各种修复手段就上了,结果通常是基因中间被插入或者删除了几个碱基,这样整个基因的编码就全乱了,基因也就没有原来的功能了,也就是完成了基因敲除。

至于精度嘛,20个碱基的长度定位一个基因一般是没问题的,还有就只能感叹Cas9这个蛋白的神奇了。

还有更神奇的,如果把Cas9蛋白的DNA内切酶活性灭掉,再给它加上别的催化活性,它就可以有别的功能。目前,抑制和促进基因表达都可以做到了。

为什么诺贝尔化学奖经常颁给生物学或者物理学方面的成就?

答主:叶盛(+赞同,北京航空航天大学教授,博士生导师,生物学话题下的 答主)

我是做生物的,从这个角度试着回答一下吧。

近几十年来,生物学,或者说生命科学的一大发展特点就是——尺度微观化。

传统的生物学研究的是生命个体、群体、物种,而现在的生物学更多研究的是细胞、蛋白质、基因。

以我做的结构生物学为例,无论是近两年大火的冷冻电镜三维重构,还是已经「年过半百」的X射线晶体学,都是以埃(Angstrom)为单位来谈论问题的,这是10的-10次方米,也就是0.1纳米,到达了原子尺度,可以看到原子之间的共价键连接。

在结构生物学的文章中,经常会讨论长度为2埃左右的氢键作用,或是更短一些的配位键,甚至是不到1埃的原子位移。这些名词摆出来,不是化学又是什么呢?

总而言之,当我们研究生命问题时,研究的对象是蛋白质或核酸等生物大分子,且并非将之视为一个不可分解的单元,而是探究生物大分子内部细节(氢基酸、碱基、化学键、原子)的功能意义与变化调控时,在这个层次上的生命问题实际上遵循的是化学的规律,理所应当属于化学的范畴。

细胞生物学的研究往往不会涉及诺贝尔化学奖,就是因为在他们的研究中,蛋白质只是一个不可分解的功能单元,他们更多


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