她們憑藉這把「剪刀」,斬獲2020年諾貝爾化學獎

以下文章來源於健康報醫生頻道 ，作者健康報

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北京時間10月7日，2020年諾貝爾化學獎揭曉。法國生物化學家埃馬紐埃爾·沙爾龐捷（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。

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精準改變基因組序列

DNA作為一種最重要的生命基礎分子，可組成遺傳指令，引導生物遺傳、生物發育與生命機能運作。基因編輯工具可以在DNA雙鏈結構上的某一個位點去插入、刪除、修改目標基因，有「魔術剪刀」之稱。

2011年，杜德納開始與沙爾龐捷合作發展基因編輯技術。一年後，兩位科學家在《科學》雜誌上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。這顯著提升了基因編輯的效率，為該領域的發展奠定了基礎。

CRISPR-Cas9基因編輯技術的發明，為基因編輯技術的發展帶來了革命性的變化。目前，CRISPR-Cas9技術已經被用於操縱培養細胞和原代細胞，編輯動物和植物的基因組，極大地加快了基礎研究的步伐，也使得農業和合成生物技術取得突破性進展。

「在未來的5年～10年，基因編輯技術用於許多疾病的臨床治療備受期待。對許多人來說，這是改變醫療方案的重大機遇，是需要科學家、醫生、生物倫理學家以及監管機構精誠合作，以確保基因編輯在臨床應用中的安全性、有效性的重要時代。這對很多病人來說影響巨大，刻不容緩。」杜德納今年2月13日發表在《自然》雜誌上的綜述文章如是說。

「CRISPR-Cas9的確為基因編輯提供了一把鋒利的剪刀。從理論上看，基因編輯可以治療一切與基因相關聯的疾病，包括人體和胚胎。但是，目前的基因編輯技術遠未達到這樣的程度。」山西醫科大學人文社會科學學院教授、中華醫學會醫學倫理學專業委員會常務委員王洪奇介紹，即使是使用CRISPR-Cas9這一最好的基因編輯手段，人類目前能夠治療的疾病仍非常有限，主要為血液病和一些惡性腫瘤。其他可能應用基因治療的領域包括先天性失明、愛滋病、亨廷頓病、嬰幼兒發育遲緩、囊性纖維化、肌營養不良等。

北京協和醫學院人文與社會科學學院教師張迪看好基因編輯技術對單基因遺傳疾病的治療前景。「這是一種相對更高效，且成本較低的醫療手段。」有數據顯示，目前已知的單基因疾病超過5000種，影響全世界2.5億人口的健康。

「此外，有多家實驗室正從事基因編輯治療愛滋病的研究。當然，都是針對體細胞進行的。」張迪說。

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還不能擴展到臨床治療

在基因編輯技術蓬勃發展的同時，其可控性、準確性、安全性一直受到學術領域的極大關注。「即使是在最可能實施治療的領域，也存在著嵌合體、脫靶、誘發腫瘤及其他疾病的風險。如果針對生殖細胞（包括精子、卵子、合子以及胚胎）做基因編輯幹預，還存在改變整個人類基因庫的風險。因此，目前各個國家批准開展的臨床基因治療非常有限。」王洪奇說。

如何確保這種新技術安全應用？事實上，對於人類生殖細胞的基因編輯，科學界已有共識：應允許開展相關基礎研究，但還不能擴展到臨床應用。我國也出臺了相關文件，明確禁止將基因編輯的人胚胎用於移植和產生下一代；允許開展研究性質的人胚胎基因編輯，但必須符合「14天」準則（即利用體外受精、體細胞核移植、單性複製技術或遺傳修飾獲得的囊胚，其體外培養期限自受精或核移植開始不得超過14天），另外要進行必要的倫理審查並遵守科研誠信、知情同意、風險控制、保護隱私等原則。

「目前，禁止生殖細胞基因編輯應用於臨床是全球學界的共識。」張迪說，「因為現有技術的安全性、有效性難以達到較高水平。對生殖細胞進行基因編輯會遺傳給未來世代，這種風險是很難評估的，或者說風險和不確定性是極大的。目前學術界普遍認為，當未來這個技術越來越成熟的時候，才可以考慮在嚴格、完善的監管體系之下去開展臨床研究，且最初應限於防治嚴重病症。」

至於人類體細胞基因編輯技術的應用，張迪介紹，我國的管理模式類似於幹細胞治療的「雙軌制」：一種是按照藥物，由國家藥品監督管理局按照新藥審批流程進行；另一種是按照臨床技術，實行機構主體負責制。「如果研究計劃未來應用於臨床，必須通過國家級的審批，在科學、倫理、安全等方面更有保障，這在去年公開徵求意見的《生物醫學新技術臨床應用管理條例（徵求意見稿）》中有所提及。同時，應注意評估哪些疾病適合使用基因編輯技術進行治療，要評估成本和收益，尤其是當使用國家資源時，更需要考慮哪些研究可以優先使用這些資源。」張迪說。

「即使是基因編輯相關的基礎研究或臨床前研究，也可能存在比較嚴重的倫理問題。」王洪奇介紹，與生殖細胞基因編輯研究有關的倫理問題包括生殖細胞的來源、「14天準則」的要求、廢棄後的處置、提供者個人隱私和家族信息的保密等。「針對體細胞開展的基因編輯臨床前研究，相對寬鬆，但是仍然需要注意倫理問題。」

「國內外對於基因編輯臨床前研究都有明確的規定，研究者一定要遵守規定，嚴格區分基因編輯研究與基因治療，嚴格管控基因治療的臨床應用，不能『做了再說』，不能違背國際國內相關倫理規範。在這一領域我國與國際組織所制訂的相關規定本質上是一致的，不存在所謂特殊性、彎道超車的問題。」王洪奇強調。

此外，張迪提到另一個需要關注的問題：「法學家稱之為『規則窪地』，比如有些國家監管不是很嚴格，甚至沒有相關立法，有些研究者可能會去那些地方開展類似生殖細胞的基因編輯臨床應用。因此，需要加強全球治理，也需要我國的積極參與。」

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化學獎為什麼頒給生物學家

可能會有人問，諾貝爾化學獎為什麼垂青生物領域？復旦大學物理學系施鬱教授在點評2015年諾貝爾化學獎時已經注意到了這個現象，他說：「這幾年的諾貝爾化學獎似乎表明，作為基礎科學的化學已經結束了。」

回看這幾年的諾貝爾化學獎，2015年授予了瑞典科學家託馬斯·林達爾、美國科學家保羅·莫德裡克和擁有美國、土耳其國籍的科學家阿齊茲·桑賈爾，以表彰他們在基因修復機理研究方面所作的貢獻；2016年授予讓-皮埃爾·索瓦日、弗雷澤·斯託達特、伯納德·費林加三位科學家，以表彰他們在分子機器設計與合成領域的貢獻；2017年授予瑞士科學家雅克·杜博歇、美國科學家約阿希姆·弗蘭克以及英國科學家理察·亨德森，以表彰他們在冷凍顯微術領域的貢獻。

施鬱說，雖然自從量子力學誕生，化學本質上就已經成為物理學的一部分。但隨著時間推移，作為基礎科學的化學似乎乏善可陳。獲得諾貝爾化學獎的成果往往來自生命科學和材料科學等領域，特別是化學和物理學在這些領域的新應用，以及研究生命科學的新觀測方法。

文：健康報記者 王瀟雨

圖：自諾貝爾獎官網

編輯製作：胡彬

原標題：《她們憑藉這把「剪刀」，斬獲2020年諾貝爾化學獎》

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