CRISPR基因编辑技术重写生命密码

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年诺贝尔化学奖10月7日授予了两名女科学家,以表彰她们在基因组编辑方法研究领域作出的贡献。这里的基因组编辑方法,指的正是当下热门的CRISPR/Cas9基因编辑技术。

10月7日,在瑞典斯德哥尔摩,瑞典皇家科学院诺奖宣布现场电子屏幕上显示两位获奖的女科学家(在化学奖中给予了生物医学领域的研究成果,应该是从化学领域中的生物化学这一细分方向考虑)。

脱氧核糖核酸(DNA)是重要遗传物质,它呈螺旋互绕的双链结构,在DNA链条上含有遗传信息、具有某种功能的DNA片段就是基因。基因编辑技术可以断开DNA链条,对其进行改动,然后重新连接,基因编辑技术早在20世纪90年代就已出现,但曾经非常耗时,甚至难以完成。利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,可在几周时间内改变生命的密码——DNA(就像人们写作时编辑文字那样。由于对DNA链条有剪断操作,因此该技术被形象地称为“基因剪刀”)

“这种基因工具具有巨大的力量,它将会影响我们所有人。”诺贝尔化学奖委员会(NobelCommitteeforChemistry)主席克拉斯?古斯塔夫松(ClaesGustafsson)表示:“它不仅彻底改变了基础科学,可以创造新型作物,还能开创新的医疗方法。”

CRISPR全名为“ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats”-成簇的、规律间隔的短回文重复序列,是细菌防御病毒侵入的一种机制,简单说就是病毒能把自己的基因整合到细菌,利用细菌的细胞工具为自己的基因复制服务,细菌为了将病毒的外来入侵基因清除,进化出CRISPR-Cas9系统,利用这个系统,细菌可以不动声色地把病毒基因从自己的基因组上切除,这是细菌特有的免疫系统。

年法国微生物学家EmmanuelleCharpentier(埃玛纽埃勒·沙尔庞捷-德国柏林马克斯·普朗克病原学研究所主任)和美国生化学家JenniferA.Doudna(珍妮弗·道德纳-加州大学伯克利分校的化学和分子生物学与细胞生物学教授)合作在《科学》杂志发表了一篇研究论文,成功解析了CRISPR/Cas9基因编辑的工作原理,首次在体外证明使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链,指出CRISPR在活细胞中修改基因的能力。这项技术随后成为生物医学史上第一种可高效、精确、程序化修改细胞基因组包括人类基因组的工具。这种技术就是以核糖核酸(RNA)做向导,把Cas9酶带到相应的位置,然后用这种酶切割病毒DNA。

基因编辑是转基因之后人类找到的又一种基因工程技术手段,它在本质上与转基因并无不同,都是在分子水平上改变生物的遗传特性,两者在技术上各有长短;但因基因编辑不涉及外来基因,在公众层面更易被接受。可以预期,未来在合成生物、育种技术等领域,将形成转基因与基因编辑两种技术交相辉映的格局。

10月7日,在瑞典斯德哥尔摩的瑞典皇家科学院,人们听取专家对今年诺贝尔化学奖得主成就的解读。

就像在科学领域时常发生的“偶然”那样,“基因剪刀”的发现过程也出乎意料。沙尔庞捷在研究化脓性链球菌时,发现了一种未知分子——tracrRNA。她的研究显示,tracrRNA是细菌的古老免疫系统“CRISPR/Cas”的一部分,能够通过切割病毒的DNA来使病毒“缴械”,从而消除其危害。

沙尔庞捷年发表了上述研究成果。同年,她与道德纳开始合作研究。在一次具有划时代意义的实验中,实现对“基因剪刀”进行改造。在天然形式下,这种“剪刀”能够识别出病毒中的DNA。但是沙尔庞捷和道德纳发现能对“剪刀”施加控制,这样一来就能在任何预先设定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割,那么重写生命的密码就变得简单了。

总的来说,“借助这些技术,研究人员可以非常精准地改变动物、植物、和微生物的DNA。CRISPR/cas9基因剪刀彻底改变了分子生命科学,为植物育种带来了新机遇,有望催生创新性癌症疗法,并可能使治愈遗传性疾病这一人类梦想美梦成真。”

最后补充一个关键点:华人科学家、麻省理工学院教授、博德研究所资深研究员张锋是将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于小鼠和人类细胞(真核细胞)的第一人!

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LeoWangBio




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