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剛剛,2020年諾貝爾化學獎揭曉。
法國生物化學家埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)、美國生物學家詹妮弗·杜德納(Jennifer Doudna)因對新一代基因編輯技術CRISPR的貢獻,摘得今年的獎項。
諾貝爾委員會在官方頒獎詞中表示:「藉助這些技術,研究人員可以非常精準地改變動物、植物、和微生物的DNA。CRISPR /cas9基因剪刀徹底改變了分子生命科學,為植物育種帶來了新機遇,有望催生創新性癌症療法,並可能使治癒遺傳性疾病這一人類夢想美夢成真。」
左圖為卡彭蒂耶,右圖為杜德納
埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶生於1968年,現任馬克思·普朗克生物感染研究所主任,同時是瑞典于默奧大學的訪問教授。
詹妮弗·杜德納生於1964年,現任加州大學伯克利分校化學及化學工程系教授。
2011年,杜德納開始與卡彭蒂耶合作發展CRISPR技術。
一年後,兩位女生物學家在《科學》雜誌發表論文並首次指出,CRISPR-Cas9系統在體外實驗中能「定點」對DNA進行切割,顯著提升了基因編輯的效率,為該領域的發展奠定了基礎。兩位科學家被《時代》周刊評為2015年全球最具影響力100人,並收穫了包括生命科學突破獎在內的多項生命科學大獎。
CRISPR-Cas9 基因編輯系統是本世紀最為重要的生物發現之一。2015年,《科學》將它評為年度突破;助力這項技術誕生的科學家們也先後獲得了有「科學界奧斯卡」之稱的「突破獎」(Breakthrough Prize),在分子生物學界影響深遠的「格魯伯遺傳學獎」(Gruber Genetics Prize),以及表彰重大生物醫學突破的「沃倫·阿爾珀特獎」(Warren Alpert Prize)。
在2014年12月的《環球科學》中,《編輯基因:更快、更準、更簡單》一文就對這項技術的作用機制、發展歷程及前景展開詳細介紹。雖然爭議尚存,但毫無疑問,這項在2015年被《科學》雜誌評為「年度科學突破」的新興技術,正在開創一個全新的時代。
接下來,我們用2分鐘時間來了解一下,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。點擊觀看視頻,帶你兩分鐘搞懂CRISPR:
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古老的細菌免疫系統
前沿的基因編輯手段
」
它看起來就像普普通通的DNA序列,原理其實非常簡單。
它有一個資料庫(CRISPR),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。
「
從1901年到2020年,諾貝爾化學獎共頒發了112次,共有185名科學家獲得該獎項,其中英國生物化學家弗雷德裡克·桑格是唯一兩次摘得該獎桂冠的科學家,而2019年諾貝爾化學獎得主約翰·古迪納夫是獲獎時年齡最大的諾貝爾獎得主——他得獎時已97歲高齡。
此外,有7名女性科學家。這些科學家用自己的智慧和努力,為人類創造出無數新奇的物質,發展了多項新奇的技術,對人類的科學技術進步作出了巨大貢獻。