專家解讀化學諾獎:基因編輯在國內已被廣泛應用

2021-01-12 北京日報客戶端

10月7日,瑞典皇家科學院將2020年諾貝爾化學獎授予兩位女性科學家,表彰她們在「憑藉開發基因組編輯方法」方面的貢獻。記者採訪的多位中國科學家,均對兩位獲獎者取得的成就給予了高度評價,認為她們締造了「生物醫學理論方法支撐實踐應用」的一個經典範例。

北京理工大學生命學院教授、工業和信息化部「分子醫學與生物診療」重點實驗室副主任霍毅欣告訴記者,跟其他許多諾貝爾獎獲得者「成名作」已經誕生數十年不同,這兩位科學家雖然在學界早已為人所熟知,但她們的這項「開發基因組編輯方法」的成果卻很新,首發於2012年。「這項成果當時就引發了學界和行業界的關注,並迅速走向了應用領域。」霍毅欣說,大約從2015年開始,基因編輯在應用領域開始高速發展,如今已經形成了上千億美元的市場規模,吸引了大量的產業資本。

實踐證明,基因編輯無論是在疾病治療、物種改良還是綠色生物製造領域都體現了非常重要的應用價值。在疾病治療方面,如地中海貧血等血液病過去很難獲得治癒,但近年來的臨床研究表明,通過基因編輯修飾,該疾病的治癒率已經有了大幅度提高;在物種改良方面,國內外已有科學家對豬進行基因編輯,去除了豬體內所有的病毒,從而推動異種器官移植。

「目前國內基因編輯的應用發展非常快,很多機構、企業已經能做到精準度要求很高的基因編輯和修飾工作,精細化改善物種品質。」霍毅欣說,這方面尤其是在合成生物學領域發展迅速,擁有廣闊前景。這些年霍毅欣也一直專注於以合成生物學手段構建高效微生物細胞工廠。他說,過去很多物質的合成生產依賴於植物生長,速度慢、效率低,但通過對微生物進行適當的基因改良,可以讓它們也獲得生產相同物質的能力,並且速度大大加快。比如過去獲取青蒿素,主要通過種植青蒿,然後分離提取青蒿素,青蒿是一年生草本植物,也就是每年才能提取一次。但如今,科學家利用基因改良過的酵母菌生產青蒿酸,1立方米的發酵罐,三四天時間就可以獲得25公斤青蒿酸,這絕對是數量級意義的提升。

霍毅欣也認為,基因編輯技術的確造福了人類,但應用過程中也要注意恪守邊界,比如科學家反對用於生殖細胞,和不安全的生殖醫學應用,基本的人類倫理不能突破。

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    科學家通過它可以高效、精確地改變、編輯或替換植物、動物甚至是人類身上的基因,經過改造的CRISPR技術被廣泛地應用於農業和生物醫藥領域。瑪麗亞·賈辛的貢獻瑪麗亞·賈辛(Maria Jasin)於1984年在麻省理工學院獲得了博士學位,師從Paul Schimmel教授。
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    科學家通過它可以高效、精確地改變、編輯或替換植物、動物甚至是人類身上的基因,經過改造的CRISPR技術被廣泛地應用於農業和生物醫藥領域。例如,在此基礎上,科學家發現一類小分子,能抑制PARP通路,目前已廣泛用於BRCA基因突變導致的腫瘤的治療。在研究同源重組的過程中,賈辛使用了一種內切酶(I-SceI)來產生DNA斷裂。在一種小鼠細胞中導入了這個酶以後,賈辛發現細胞基因組發生了改變。
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    那麼,被稱為「基因剪刀」基因編輯技術CRISPR/Cas9究竟是什麼?目前這項技術有哪些應用?這些應用又將在哪些方面影響我們的生活呢?基因編輯技術是一種可以廣泛使用的生物技術,且其在動物領域的更新換代速度較之人類及植物領域更快。目前,主要以鼠、斑馬魚、果蠅、豬及線蟲等為研究對象展開疾病治療的相關研究。在植物領域,基因編輯技術的應用相對較晚。
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    Doudna) 因發現新型基因編輯技術獲得本年度諾貝爾化學獎。據諾貝爾獎官網介紹,沙彭蒂耶和杜德納發現了基因技術最厲害的工具:新型基因編輯技術CRISPR/Cas9基因剪刀。通過該技術,研究人員能高精度修改動物、植物和微生物的DNA。
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    由於其具有簡便、靈敏和高效等的特點,新一代CRISPR/Cas基因組編輯技術被廣泛地使用於人細胞和一系列模式動植物等的基礎和應用研究中。更為重要的是,一系列基於CRISPR/Cas系統而拓展的研究新技術也在近些年被不斷地創建,並用於DNA/ RNA的標記、基因表達激活/抑制、和基因組定點鹼基的突變等。
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    具體來說,她們發現了基因技術最銳利的工具之一——CRISPR/Cas9 基因剪刀。利用這一技術,研究人員可以非常精確地改造植物和微生物的 DNA。這項技術對生命科學產生了革命性的影響,被視為具有巨大的應用前景,可用於遺傳疾病的精準治療。值得一提的是,在諾獎 120 年的歷史上,在 2019 年之前只有 4 位女性物理獎獲得者,和 5 位女性化學家獲得者。
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    專家並不感到意外。兩位女科學家其實對CRISPR的生物化學機制進行了闡明,向大家提供了基因編輯的便捷高效的工具。其實,化學獎這些年來本來也是「理綜獎」,很多獎也確實是發給了偏生物醫學領域的成果。
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    5年內吸引、孵化不少於50家龍頭種企、生物技術企業落地濟南,打造中國「基因谷」、「種子谷」,未來可輻射帶動整個山東省乃至全國萬億級別的生物經濟發展,佔據世界基因編輯領域前沿高地。「我們有信心,也有決心做國內第一、國際領先的基因編輯技術產業化開拓者和引領者,為保障國家糧食安全和山東省新舊動能轉換貢獻應有力量。」
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    ,能廣泛應用到農業、醫療、工業、環境等領域。2012年8月,卡彭蒂耶和杜德納成功解析CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理後,其應用就得到快速推進。2013年2月,美籍華裔科學家張鋒首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術應用於哺乳動物和人類細胞。雙方一度合作成立公司,共同推進CRISPR/Cas9基因編輯技術在疾病治療方面的研發。值得一提的是,張鋒此次雖未能摘得諾貝爾獎,但在CRISPR/Cas9技術研發與應用方面同樣居功至偉。