錢江晚報·小時新聞 王湛 通訊員 黃子洋 謝雨晴 柯溢能
2020年諾貝爾化學獎，首次同時授予2名女性科學家。
這兩位是基因編輯技術CRISPR/Cas9的發明者：法國和美國科學家埃曼紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna），獲獎理由是「開發了一種基因編輯技術」。兩人將獲得1000萬瑞典克朗獎金（約合760萬人民幣）。
組委會在新聞稿中將CRISPR/Cas9稱作「基因技術中最銳利的工具之一」，利用這些技術，研究人員可以非常精確地改變動植物和微生物的DNA。這項技術對生命科學產生了革命性的影響，正在為新的癌症療法做出貢獻，並可能使治癒遺傳疾病的夢想成真。
這項技術，能否用於治療新冠？
浙江大學化學系教授沈宏介紹，CRISPR-Cas9是一種基因編輯工具，其中Cas9酶就像一對能夠切割DNA鏈的分子剪刀。一旦酶在特定位點切割DNA，就可以進行插入和編輯，從而改變DNA序列。該技術事實是一種分子生物學技術，是分子層面上的生物學，「化學學科研究的領域當然是在分子層面的，經典的生物學研究的是從生物體開始，逐漸向系統——器官——組織——細胞——細胞器，也就是所謂的Top-down方向。而從化學學科角度研究生物體，則從分子層面出發，反向研究，也就是bottom-up方向。」
「前幾年，我認識的北京高校的教授，就用相關技術做松樹上的松毛蟲的基因編輯，」據沈宏介紹，松樹是重要的林業資源，用這個技術改造松毛蟲基因，消除病蟲害，就是很好的一種應用。
在諾貝爾線上頒獎會中，美聯社記者詢問獲獎者卡彭蒂耶：基因編輯技術能否應用於治療新冠？
卡彭蒂耶回應：基因編輯無法直接影響新冠疫苗研發，但可能間接作用。她所在的實驗室正在這一方面努力，例如尋找新的疫苗成分。
事實上，部分科學家們也在嘗試利用基因編輯技術應對新冠病毒。
2020年2月15日，由杜德納實驗室成員成立的診斷公司，在官網發表了一份白皮書，描述了該公司利用CRISPR診斷檢測技術在大約30分鐘內檢測出新冠（SARS-CoV-2）RNA的情況。
華裔科學家張峰曾被期望憑藉CRISPR 技術成為諾貝爾得主之一。張峰和他的前團隊成員於今年3月21日發布了一份「使用 crispr 診斷法檢測新冠（SARS-CoV-2）的方案」。他們研發的SHERLOCK技術能利用Cas13（和Cas9同屬於crispr-cas 系統）在60分鐘內檢測出RNA病毒。它的工作原理使其能夠鎖定特定的基因序列，在鼻、口、喉拭子或肺部液體中檢測SARS-CoV-2基因物質的片段。如果發現病毒的遺傳物質，CRISPR酶就會發出螢光。
CRISPR-Cas9基因剪刀從建立到得獎只用了8年時間
浙江大學醫學院教授謝安勇介紹，今年獲獎的CRISPR基因編輯技術目前主要應用於真核生物包括人、小鼠及植物或農作物上進行定點基因編輯，實現基因改變以改善人類生活，「一般來說，有關技術的諾貝爾獎基本上都是等技術相對成熟、應用得以推廣後才能獲得此榮譽，但今年獲獎的基因剪刀技術從建立到得獎的速度相對較快，只用了8年時間，足以說明此項技術的發展及應用潛力。」
目前，基因剪刀技術已經在不少臨床試驗中得以應用，比如癌症的免疫治療中，研究人員會用該技術將免疫細胞中免疫抑制或免疫負調控的因子去除，比如敲除免疫細胞T細胞中的PD-1基因，增強T細胞的殺傷能力，達到免疫治療的效果。
謝安勇舉例了單基因遺傳病方面的治療方法，「像Leber氏先天黑蒙病、地中海貧血等單基因遺傳病，我們可以通過定點糾正原有的單基因突變，高效、準確地治療這類病。此外，也能利用這項技術高效地改良農作物，要麼提高抗旱能力，要麼提高營養品質，要麼增添花卉水果顏色，還可以使蘑菇和馬鈴薯的氧化減弱，產生類似『保鮮』的效果。」
與前些年廣泛應用的轉基因技術相比，這項基因編輯技術更高效便捷。基因編輯基本不需要把額外的基因誘導進去內源基因組，只需要在基因組內部定點進行調控、改變，就能夠實現基因變化。
謝安勇說，靶向性的定點基因編排技術其實之前就有開展過，比如ZFN和TALEN。「之前的技術是依據基因序列設置蛋白質結構，但設計繁瑣，需要改變蛋白質結構，容易破壞編輯酶的功能，不易達到高效、簡捷，難以推廣。」
2018年11月，世界首例基因編輯嬰兒出世，這對雙胞胎的一個基因經過修改，使她們一出生就天然抵抗愛滋病。但此事件在當時變引起軒然大波，受到了許多倫理質疑。
謝安勇認為：「這項技術確實是一把雙刃劍，對生殖細胞的改變會從個體遺傳下來，它是永恆的。目前技術未達到期望的精確度，脫靶等問題並未解決，這會導致被編輯的人產生意想不到的疾病。如果疾病遺傳，整個人類群體基因就有改變的可能，這是不可預測的。」
他還強調，現在技術目前也只針對不具有生殖遺傳性質的體細胞進行應用，更多考慮的是是否必需、能否拿來治療沒有其它治療方式的患者。
對於基因剪刀技術的發展，謝安勇認為這項技術潛力還是很大的，除了通過定點誘導DNA斷裂來實現基因編輯，還可以用於轉錄調控和單鹼基的修飾，「其應用將是廣泛的。」
諾貝爾化學獎，首次同時授予2名女性科學家兩位女科學家聯手
帶來這一技術的變革性力量
截止2019年，歷史上僅有5名女性獲得過諾貝爾化學獎。包括著名的居裡夫人和她女兒。今天獲獎的兩位女科學家接受專訪時稱，希望能給年輕女孩們傳遞強有力的信號。
此次獲獎的卡彭蒂耶，她的研究重點是感染性疾病分子生物學，28歲放棄舞蹈開始鑽研生物化學和微生物學。
杜德納主要研究方向為RNA介導基因調節的分子機制，其博士導師和博士後指導教師，都是諾貝爾獎獲得者。
自從日本科學家20世紀80年代末發現CRISPR之後，科學家就一直在研究這種奇怪的基因序列。然而，直到杜德納和卡彭蒂耶偶然注意到一種名叫Cas9的蛋白，CRISPR才顯示出它作為基因組編輯工具的巨大潛力。
2011年，卡彭蒂耶和杜德納在波多黎各學術會議上相識，研究方向的一致性和研究內容的互補性使二人決定開展緊密合作：他們的團隊都在研究細菌防禦病毒入侵的機制；他們都已經確認，細菌可以記住以前入侵過自己的病毒的DNA，以此來識別病毒，當該病毒再次入侵時，它們就會立刻認出「敵人」。
當時，卡彭蒂耶在于默奧大學的實驗室剛剛發現，鏈球菌似乎會用Cas9蛋白來「搗碎」突破其細胞壁的病毒。於是，杜德納在伯克利的實驗室，也開始探究Cas9蛋白的作用機理。
這個橫跨大西洋的團隊一起對Cas9蛋白進行了幾個月的研究，並且取得了突破。2012年8月17日，當杜德納和卡彭蒂耶將他們對CRISPR-Cas9的研究成果公諸於眾時，該領域的科學家立刻認識到這一技術的變革性力量，他們都想知道CRISPR-Cas9究竟能做什麼，一場全球性競賽由此拉開序幕。
2013年初，兩個團隊進一步利用CRISPR-Cas9技術在細胞內實現DNA精確編輯，隨後引發一個井噴式發展，通過改造還可實現基因表達的激活或抑制調控。
圖據果殼網科普小知識
什麼是基因編輯？
這是細菌和病毒間的作戰故事。病毒時常攻擊細菌，把自己的DNA注入細菌體內——這種情況的後果相當嚴重，可能會導致細菌死翹翹。
於是，在漫長的演化過程中，細菌體內演化出了一套防禦系統，專門用來對付這種情況，它就是CRISPR/Cas系統。
CRISPR是個資料庫，用來儲存病毒的資料，也就是它們的DNA片段。其中有些重複出現的DNA片段，就相當於一塊塊擋板，把不同的病毒DNA隔開。
另外，它還有一家武器工廠（Cas），負責生產各種Cas蛋白質，你可以把它們想像成不同款式的剪刀。
每當有新病毒進攻，剪刀就會跑出來剪斷它的DNA，然後把其中一小段帶回資料庫裡儲存起來。
接下來，這段DNA會轉錄成RNA，和另一把剪刀結合。要知道，這段DNA和這段RNA是可以相互匹配的。所以如果同樣的病毒再次進攻，它們就可以迅速匹配到敵人，然後咔嚓剪斷對方的DNA，消滅侵染。
最棒的是，這個資料庫可以遺傳給後代。所以，細菌可以識別和消滅它的祖先曾經遇到過的病毒。
前幾年，科學家挑選了其中一種剪刀（Cas9），用它來編輯基因，包括刪除壞的基因、添加好的基因。
原來，DNA被剪斷後會得到修復、重新連接起來。但這個過程很容易出錯，比如丟失些配件（鹼基對）什麼的，這就會導致原來的基因失效——相當於達到了刪除基因的目的。
不過，如果科學家在這時候給它提供一條新的DNA片段，那麼它就會被縫在接口處，於是就達到了添加特定基因的目的。
（部分內容綜合自 果殼、環球科學等）
【來源：錢江晚報】
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