諾貝爾化學獎頒給2位歐美女生物學家,基因魔剪有望攻克醫學難題

作者|盧伊 編輯|孫楊

諾貝爾開獎周進入第三天，化學獎開出最新獲獎名單。

此前曾被視為諾貝爾生理學和醫學獎獲獎熱門的基因編輯技術，反而拿下了化學獎。

10月7日下午，兩位來自法國和美國的科學家埃瑪紐爾·夏彭蒂埃（Emmaunuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna），因「研發出一種基因組編輯方法」，斬獲2020年諾貝爾化學獎。

值得一提的是，這也是女性科學家的勝利。

此次折桂的兩位學者均為女性，她們不僅成為第6和第7位女性諾貝爾化學獎得主，也首次創下由女性學者獨佔諾獎的紀錄。二人將共享1000萬瑞典克朗（約合人民幣763萬元）的獎金。

化學獎得主

基因魔剪：像「剪切」「粘貼」一樣改寫基因

意外爆冷，或許就是今年諾貝爾科學領域獎項的代名詞。

在諾貝爾委員會公布此次化學獎獲獎名單前，基因編輯一直被視為諾貝爾生理學和醫學獎的熱門競爭者，但一方面受「基因編輯嬰兒」事件影響，各國相繼對該技術施加限制，另一方面也因技術本身較「新」，因而有學者推測，這項「諾獎級」研究遲早會獲獎，但不會這麼快，更不會是榮獲化學獎。

不過，人們的預測總是跟不上諾獎的結果，問世僅8年的基因編輯技術，和其背後的兩位女性科學家，還是打破了許多個「不可能」。

對公眾而言，基因編輯技術本身並不陌生。

雖然許多人並不清楚它的來龍去脈，卻多少都對「基因魔剪」這個別稱留有印象。

它就像一把剪刀，可以精確而輕鬆地切開任何生命DNA序列中的特定位點，然後在此刪除或添加新的片段，就像我們在發微信時修改某個字一樣。

基因魔剪示意圖

因此，諾貝爾委員會稱其為「基因技術中最犀利的工具之一」，將對生命科學產生革命性的影響，並有望治癒遺傳性疾病。

「基因魔剪」問世前，研究人員若想修飾細胞中的基因，是一項非常耗時、艱難，甚至是不可能完成的工作，但此次獲獎的CRISPR-Cas9技術卻要簡單得多。

CRISPR，這個看起來就很拗口的單詞，有著更為拗口的解釋：規律成簇的間隔短回文重複，簡單來說，就是細菌體內一些異常重複的DNA序列。

這部分序列是細菌免疫系統的一部分，當有病毒入侵時，細菌體內將有專門的蛋白質負責將病毒DNA剪斷，再將這些基因碎片粘貼到自身DNA中儲存，有點類似電腦上剪切粘貼的操作。這樣，當再遇病毒入侵時，細菌就能很快識別，做出反應。

但在2005年，當美國加州大學伯克利分校教授杜德納剛步入這一領域時，包括她在內的科學家們還沒弄清這段基因有何作用，更無法預料未來將發揮如此重大的作用。

直至2011年，杜德納在一場學術會議上遇到了現任德國馬克思·普朗克研究所感染生物學研究所所長的法國科學家夏彭蒂埃，後者自2000年就開始研究CRISPR系統。兩位女士相互吸引，當即決定聯手。

一年後，二人的研究成果「基因魔剪」被刊載在《科學》雜誌上，立刻引起了廣泛關注。

此後，該技術迅速在醫學、農業等領域中得以試驗和發展。

如研究人員已利用該技術開發出能夠抵抗黴菌、害蟲並抗旱的農作物。而在醫學領域，該技術可對特定致病基因進行替換和改造，防止或抑制疾病發生，如美國學者就利用該技術用於治療人骨髓瘤、黑色素瘤和肉瘤的癌症。而對於如鐮刀型細胞貧血症等因基因缺陷所致的疾病，則可通過「基因剪刀」對其有缺陷的基因進行修正，為治癒疾病提供希望。

「這些遺傳剪刀將生命科學帶入了一個新時代，並在許多方面為人類帶來了最大利益。」諾貝爾委員會評價稱。

此前，杜德納和夏彭蒂埃還曾先後斬獲生命科學突破獎、堪稱「諾獎風向標」的阿爾伯特獎，和有著「小諾獎」之稱的加拿大蓋爾德納國際獎。此次獲得諾獎，可謂實至名歸。

基因編輯往事：定製嬰兒與專利爭議

「基因魔剪」的問世也引發一場倫理地震。主要爭議點在於，這項技術是否可直接用於編輯人類基因組。

一直以來，人們不斷在科幻作品中提出，終有一天，人們可通過基因工程「定製」後代，比如是男是女，身高多少，瞳色發色如何等等。這種看似天方夜譚的設想，在基因編輯技術的幫助下，就有可能實現。

但受現有技術條件限制，這麼做的不確定性極高，風險或將大於獲益，因此備受關注。

在此條件下，就不得不提到兩位與之相關的人物，他們也更為公眾所熟知：一個是華人學者張鋒，一個則是「科學狂人」賀建奎。

其中，華人科學家、麻省理工學院教授張鋒是最早實現並證明CRISPR-Cas9基因編輯技術可用於編輯人類細胞的學者，因此一直是諾貝爾獎的熱門人選。

作為拓展該技術應用領域的探路人之一，張鋒的貢獻被稱為給基因編輯技術「帶來了暴風驟雨般的變化」，但此次諾獎，他卻無緣折桂。

引人注目的不僅是他的華人身份和學術貢獻，早在2014年，他還和此次諾獎得主杜德納發生過專利權糾紛。

2014年，張鋒在完成有關人類細胞基因編輯技術的研究後，也拿下了該項技術應用於真核生物的首個專利授權。由於真核生物範圍極大，包含所有已知的動植物和人類，其商用前景非常廣泛。

但這卻遭到了此次諾獎得主杜德納團隊的反對。他們認為，杜德納才是基因編輯技術的發明人，不僅更早提出該技術可用於人類細胞，也更早提出專利申請，但張鋒卻「後來者居上」，獲得專利屬於「不正當競爭」。

經過近1年的交鋒，雙方兩次鬧上法庭。法院最終裁決，張鋒申請的專利毫無爭議，並未侵犯杜德納方的利益，因此張鋒申請的專利依然有效。

此後，這項技術在人體應用上不斷拓展。中國也曾將該技術用於人體，且主要集中於治療領域。

2015年前，合肥一家醫院曾在腫瘤患者身上試驗此技術。

方法很簡單，醫院招募患者，抽血，用基因剪刀切除引發病症的基因，再將這些經人工改造的細胞回輸患者體內，希望能殺滅癌症。

當時，的確有部分實驗對象的腫瘤縮小，病情好轉。

一年後，杭州腫瘤醫院，院長吳式琇將約100頁的報告和ppt帶往評審現場，由醫生、律師和患者組成九人評審委員會來決定，該院是否採用相同的基因魔剪治療癌症。

決定下來得很快，只一個下午，全票通過。

但最終，86名病患中，至少15人不幸死亡。吳式琇認為，死因為由患者本身疾病所致，與基因編輯技術無關。

在基因治療領域，的確有不少科學家不斷試探將基因編輯工具用於臨床的可能性，但有一條紅線他們不敢碰：不能開展以生殖為目的的基因編輯臨床試驗。

這在國內《人胚胎幹細胞研究倫理指導原則》等規定中，亦被明令禁止。

前述研究由於只採集患者的體細胞，在體外進行基因編輯，再回輸體內，由於體細胞會不斷更新，既不具遺傳性，也不會將改造的基因傳遞給下一代，這種人體試驗相對安全，也不在禁止範圍內。

但2018年末，原南方科技大學生物系副教授，也是9家民營科技公司負責人的賀建奎，卻利用基因編輯技術，在兩名嬰兒還是一團細胞時，就剪掉了她們體內部分基因，試圖以此使其免受愛滋病毒感染。

「直接進行人體試驗，只能用瘋狂形容。」此事一出，隨即遭到國內外超過140名學者聯名聲討，認為此舉有違科學倫理。

最終，賀建奎鋃鐺入獄，基因編輯技術有關應用也逐漸收緊。如我國就在《生物醫學新技術臨床應用管理條例（徵求意見稿）》中，將基因編輯技術列為高風險生物醫學新技術，且對於未經臨床研究證明安全有效性的生物醫學新技術，不得進入臨床應用。

此次公布諾貝爾化學獎時，基因編輯技術的倫理問題也備受關注。發布會上，曾有發言人提及「基因編輯技術唯一的缺陷，就是人們的想像力」。但她隨即強調，基因編輯技術的倫理和科學規範同樣非常重要。

理工三獎花落歐美學者，諾獎大國日本怎麼了？

近年，國人的「諾貝爾熱」大有漸冷趨勢。

尤在今年，或許也因趕上新冠疫情後的首個長假，大家多在外遊玩散心，分給諾獎的精力被大大壓縮。只在一些書店的「諾獎專櫃」上，覓得一絲與獎項有關的痕跡。但商家的關注點也多在文學和經濟方面，相比之下，理工三獎更顯冷清。

更為冷清的是，曾經的諾獎熱門贏家——日本學者，這次亦空手而歸，令人倍感意外。

就在諾獎公布前兩周，就曾有兩位日本科學家分別因癌症個體化治療和分子自組裝化方面的研究成果，拿下2020年科睿唯安「引文桂冠獎」。後者一度有「諾獎風向標」之稱，至2016年，獲得此獎的278人中，43人終成諾獎得主。

不過，他們今年也遺憾「陪跑」了。

在角逐諾貝爾獎方面，日本無疑是近年來一匹競爭力強勁的「黑馬」。

作為除歐美國家外，擁有最多諾貝爾獎得主的國家，日本一直是亞洲各國的領跑者。

截至2019年，短短70年裡，已有28位日本人（含日裔）獲得過諾貝爾獎。其中，科學領域獲獎者多達24人，包括物理學獎得主11人、化學獎8人、生理或醫學獎5人，此外，還有文學獎3人及和平獎1人。這意味著，除經濟學獎外，日本人幾乎已包攬諾獎各大獎項。

進入21世紀後，日本人斬獲諾貝爾獎的次數足有14次，僅次於美國，居世界第二，並曾3次開出當年諾獎「雙黃蛋」，即同年在不同領域分獲大獎。

更令人驚訝的是，自2014年起，歷年諾獎得主中，日本人未曾缺席。至今，這一「傳統」才可能被打破。

不過，如果翻看諾貝爾獎獲獎史就會發現，早年間也有不少日本學者慘遭忽略，理由千奇百怪。

如1996年的諾貝爾化學獎授予三位英美學者，以表彰其共同發現了形似足球結構的碳60。但實際上，最早預言該分子存在的其實是日本學者大澤映二，這點也得到三位諾獎得主的認可，他們甚至在頒獎演講中提及此事。

但，只因大澤的相關論文都是用日文撰寫的，且僅發表在日本國內刊物上，因而一直未獲國際關注，終與諾獎失之交臂。

後據諾貝爾委員會的說明，日本人早期之所以屢遭忽略，是由於提名者「推薦信回復率」相對較低，致使評委不易判斷。

但隨著近年日本諾獎得主「井噴」，這一窘境顯然已得到扭轉。

為追逐諾獎，日本也是很拼的。

早在2001年，日本就在《第二個科學技術基本計劃》中明確提出，要在2050年前培養出30個諾獎得主。

儘管當時曾有不少學者認為這是「不可能完成的任務」，甚至認為日本或為拿獎不擇手段，但隨著日本不斷刷新成績單：用不足1/2的時間，完成了2/3（19/30）的目標，成效不可謂不顯著，這些質疑也煙消雲散了。

除諾獎外，日本學者在沃爾夫獎、拉斯克獎等其他科學領域大獎上的表現，亦為亞洲之冠。

「日本是怎麼做到的？」幾乎成為每年諾貝爾開獎周都無法迴避的問題。

而幾乎所有分析文章都無法忽視的一個因素是：經濟飛速發展後，政府加大了科研投入。

早在1960年，日本就在「振興科學技術的綜合基本政策」中提出，力爭將國民收入的2%用於科學研究。此後，除去經濟泡沫破裂初期一段時間，這一數字基本處於攀升態勢。

充足的科研經費不僅帶來先進的實驗設備和科研環境，也吸引了大量優秀人才。

改善大學教育，也是日本學界得以「乘風破浪」的另一原因。

一方面，自1960年代起，日本高校總數和教育規模均快速上漲，使更多人得以接觸甚至從事科研工作，學術成果數量也迅速增多。

同時，日本高校也重視科研，學風自由，不斷吸納科研人員，並為其科研工作創造條件。其中，東京大學、京都大學、名古屋大學等7所前身為二戰前「帝國大學」的國立綜合大學，更因此成為日本諾獎得主的搖籃。

這些舉措既成為日本科研工作的極大助力，也留住了大量人才。

值得一提的是，目前，絕大多數獲得諾貝爾科學領域獎項的日本學者，都是土生土長的日本人，不僅其主要研究工作在日本完成，他們成名後也未移民至歐美國家。

即使對於僅有的例外：南部陽一郎和中村修二，儘管二人獲獎時已是美籍日本人，但他們都是先在日本完成了獲獎研究後，才移居美國，並獲美國國籍的。

這與多數華人諾獎得主的學術足跡，並不相同。

考慮到此次諾貝爾獎還有文學、經濟、和平三項未開，日本人能否蟬聯，仍值得關注。

萬一，下一個就是陪跑多年的村上春樹呢？