「基因剪刀」獲諾貝爾化學獎，革新與爭議同行

2020-10-07 新京報

兩位女科學家獲諾貝爾化學獎：發現高效基因編輯工具。 新京報「動新聞」出品

10月7日，瑞典皇家科學院宣布，將2020年的諾貝爾化學獎授予美國女科學家詹妮弗·杜德納和法國女科學家艾曼紐爾·夏彭蒂耶，以表彰她們發明基因編輯方法CRISPR/Cas9。

CRISPR是成簇規律間隔短回文重複序列（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）英文術語的首字母縮寫，是基因組DNA上的一段特殊的序列，源於細菌及古細菌中一種獲得性免疫系統，能夠識別出入侵細菌的病毒，並通過一種特殊的酶破壞入侵的病毒，而Cas9就是一種特殊的酶，也即蛋白。實際上，CRISPR/Cas9就是一種特殊的而且功能強大的基因剪刀。

諾貝爾獎委員會對二人的創造性工作進行了概括。夏彭蒂耶首先是在對人類造成很大傷害的細菌化膿性鏈球菌的研究中發現了一種以前未知的分子tracrRNA。通過研究表明，tracrRNA是細菌古老的免疫系統CRISPR/Cas的一部分，該系統通過切割病毒的DNA，從而讓病毒不再具有毒性。

2011年夏彭蒂耶發表了她的研究結果。同一年，夏彭蒂耶與具有豐富RNA知識的資深生物化學家杜德納合作，成功在試管中重建了細菌的遺傳剪刀，並簡化了剪刀的分子成分，因此更易於使用。

在此之前，研究人員也發現和發明了一些基因剪刀，但都沒有CRISPR這麼鋒利和快速。利用特定的CRISPR/Cas9基因剪刀，可以有效剪切動物、植物、微生物多種生物的DNA，從而以極高的精度改變生物的基因，獲得人們所需要的生物產品或結果。

一方面，如果發現人體內某一癌症的致病基因，就可能利用CRISPR/Cas9基因剪刀剪掉致癌基因，以預防和治療癌症。尤其是很多罕見病和遺傳病，如苯酮尿症、重型地中海貧血等，都是由基因突變和基因編碼產生的，如果能利用基因剪刀去除致病基因，就有可能從根本上治癒這些疾病。

另一方面，人類也可利用這一基因剪刀生產創新作物以滿足人類的需求，例如研發能夠抵抗黴菌、害蟲和乾旱的農作物。2019年，肯亞國際熱帶農業研究所（IITA）科學家雅因達拉·特裡帕斯團隊就採用基因剪刀CRISPR/Cas9使一種大香蕉不再出現條文病毒症狀。

儘管基因剪刀CRISPR/Cas9被視為對生命科學產生了革命性的影響，但對它的應用也在探索之中，而且容易產生倫理爭論。尤其是對人使用時，可能對健康和生命產生意想不到的後果。原因在於，CRISPR/Cas9有脫靶效應，可能會在DNA錯誤的位置進行剪切，造成意外傷害，或脫離原有的設計目標。如果是治療疾病，就有可能產生不可預控的嚴重後果。

進一步看，採用基因剪刀治療人類的遺傳病有的需要從胚胎期進行基因剪切，其中一個微小的基因序列就可能包含許多不同功能的基因，如果脫靶，將對未來的生命和個體產生意想不到的後果。因此，利用基因剪刀在胚胎期治療地中海貧血和愛滋病等的試驗已經叫停。目前，防止脫靶的一系列研究正在推進當中。

CRISPR/Cas9基因剪刀獲得今年的諾貝爾化學獎，背後也有華人科學家的貢獻，如麻省理工學院教授張鋒，但他無緣此次諾貝爾獎。有科學家預測，有可能把生理或醫學獎授予張鋒，因為他在活體細胞中成功應用CRISPR，為臨床治療疾病和基礎應用奠定了基礎。

這一預測還有待未來檢驗。但可以肯定的是，未來，基因編輯技術還將在爭議聲中不斷向前推進，對生命密碼的「破譯」和「改寫」仍是生物化學領域的重要課題。

□張田勘（科普作者）

編輯 孟然 校對 劉越

來源：新京報

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