2020諾貝爾化學獎：CRISPR-Cas9將為人類創造未來

諾貝爾獎委員會今天宣布，美國科學家珍妮弗·安妮·道德納Jennifer A. Doudna和法國科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷Emmanuelle Charpentier獲得了諾貝爾化學獎。那麼，什麼是CRISPR-Cas9技術呢？在文章正式開始之前，我可以告訴大家，基因編輯技術對於人類來說非常非常重要，這是一張非常了不起的成就。具體來說，CRISPR-Cas9技術允許科學家以前所未有的效率和精確性重寫包括人類細胞在內的任何生物體內的DNA，DNA對於人類乃至整個星球的生物有多重要相信大家都有所了解。CRISPR-Cas9為生物學、農業和醫學等領域開闢了新的方向，利用CRISPR-Cas9可以治療數千種很難治的疾病。

Doudna說：「CRISPR為我們的社會帶來了新的希望和可能性，最初CRISPR是一個好奇心驅動的基礎研究項目，現在已經成為無數研究人員用來幫助改善人類狀況的突破性計劃。我鼓勵繼續支持基礎科學，並就CRISPR技術的倫理用途和監管進行公開討論。」

Jennifer A. Doudna是加州大學伯克利分校第25位諾貝爾獎獲得者，第24位是萊因哈德·根澤爾Reinhard Genzel，他昨天剛剛獲得諾貝爾物理學獎。Doudna說：「許多女性認為，無論她們做什麼，她們的工作永遠不會被認可，但是如果她們是男性的話情況就會截然相反。不過，我認為諾貝爾化學獎有力的反駁了這一點。它告訴我們女性可以做科學，女性也可以做化學，偉大的科學是公認且榮譽的，任何人都有成為科學家的可能性。」

回到CRISPR-Cas9，CRISPR-Cas9工具可以在RNA分子的引導下與DNA中的特定區域結合，然後Cas9蛋白質可以像一把分子剪刀一樣切割DNA，使其能夠以想要的方式而改變。Doudna的研究集中在RNA上，RNA是DNA攜帶遺傳信息的「夥伴」，也是幫助DNA完成工作的幾種分子機器（如核糖體和端粒酶）的關鍵部分。當時，Doudna想知道細菌基因組中不尋常的DNA重複序列是如何幫助細菌成功抵禦病毒感染的。如果這些病毒的DNA片段和其他病毒的DNA片段相吻合的話，或者說如果這些病毒的DNA片段和其他病毒的DNA片段相匹配的話，我們又該怎樣切斷DNA來達到殺死病毒的目的呢？帶著這樣的疑問，兩位科學家一直研究到現在。

法國科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷Emmanuelle Charpentier，同樣也專注於CRISPR-Cas9技術，她在2011年發表在《自然》雜誌上的一篇論文中，描述了一種在其他CRISPR系統中沒有發現的異常RNA——tracrRNA，最奇怪的是它可以與Cas9蛋白協同工作，並幫助生成RNA副本細胞。2011年，兩人在波多黎各的一次科學會議上相遇後開始了合作。

一年後，在2012年發表的一篇具有開創性的科學論文中，Doudna和Charpentier使科學界震驚，她們展示了Cas9蛋白可以同時受tracrRNA和與病毒序列相匹配的RNA的引導，也就是說它們可以被用來尋找和破壞匹配的病毒DNA。更重要的是，這兩位科學家還證明了這種細胞防禦系統除了殺死病毒之外還有其他用途。他們將這兩個片段的RNA轉化為一個RNA，這就證明它可以被精確設計並定位任何物種的任何基因，這不僅僅是細菌。隨後，Doudna和Charpentier提出了一個富有遠見的建議，即CRISPR-Cas9是一個可以編輯植物或動物基因組（包括人類基因）的一個非常強大的工具，說的簡單一些就是定製刪除或添加特定的DNA鏈。

加州大學伯克利分校分子和細胞生物學教授、霍華德休斯醫學院前院長羅伯特·特健說：「多年來，Jennifer A. Doudna一直是確定核糖核酸三維結構和功能的先驅性結構生物學家。她開發的融合的單導RNA對於有效應用CRISPR-Cas9技術來說是至關重要的，她進一步確定Cas9/guide RNA複合物的結構對於進一步完善這項強大的技術也同樣的重要。」

在Doudna和Charpentier發表具有裡程碑意義論文的七年裡，CRISPR-Cas技術已經應用於幾乎所有生物醫學領域，充分驗證了兩位科學家們的的遠見。2008年，Doudna對crisprrna鏈和Cas1蛋白的初步研究是由美國能源部DOE研究與開發LDRD項目的一個部分。LDRD項目是美國國會於1991年建立的，目的是通過美國能源部國家實驗室的創新、多學科研究，幫助美國保持在技術的前沿。

CRISPR-Cas9技術在世界各地的實驗室中已經司空見慣，因為它使用起來非常簡單。它提供了治療和治療疾病的新方法，CRISPR-Cas9技術可以為迅速變暖的地球開發下一代作物，CRISPR-Cas9技術還可以幫助人類科學家理解全球生物系統的功能。在醫學上，科學家和醫生已經使用CRISPR-Cas酶精確地改變人類細胞和器官的遺傳密碼，簡單來說，治療遺傳疾病和其他疾病的前景是越來越明朗了。值得注意的是，僅用了7年時間，這項技術就從理論變成了基礎，成為治療遺傳病、傳染病和癌症的多種實驗努力的基礎。

在實驗室裡，科學家們已經在使用CRISPR來設計實驗室動物，使其具有模仿人類疾病的基因，這樣我們就可以了解基因缺陷是如何引起症狀的，並測試如何糾正這個問題。在農業方面，世界各地的研究人員正在將CRISPR-Cas9應用於設計抗蟲害和抗病作物，以及更健康、更有營養的作物品種。這項技術突出了CRISPR-Cas技術的多功能性，比如說科學家們還可以利用CRISPR-Cas9技術以控制蚊子數量，降低其傳播寨卡病毒和瘧疾的能力。

2015年，Doudna是美國國家科學院第一屆國際研討會的組織者之一，該研討會集中討論了CRISPR技術在社會和道德方面的應用。她一直站在辯論的最前線，並主張在對人類精子、卵子和胚胎進行基因編輯之前進行全球審議。Doudna和Charpentier因其發明獲得了眾多獎項，分別是2014年遺傳學突破獎、2015年格魯伯遺傳學獎、2015年阿斯圖裡亞斯公主技術和科學研究獎、2016年聯合國教科文組織女性科學獎、2016年加拿大蓋德納國際獎、2018年卡夫利納米科學獎、生物醫學領域的魯裡獎、保羅·詹森博士生物醫學研究獎、H.P.Heineken生物化學和生物物理學獎以及呂哲宇福利改善獎。她是美國國家科學院、美國藝術與科學院、醫學院和國家發明家學會的成員，也是英國皇家學會的外籍成員。2015年，她被評為全球100位頂尖科學家之一，同時也是《時代》雜誌100位最具影響力人物之一。

2020諾貝爾化學獎

杜德納出生於美國華盛頓特區，在夏威夷的希洛長大，高中時對化學產生了興趣。1985年，她從加州克萊蒙特的波莫納學院畢業，獲得生物化學學位，隨後進入哈佛大學研究生院學習。1989年，她在哈佛醫學院獲得了生物化學和分子藥理學博士學位，並在獲得各種獎學金和博士後職位後，於1994年加入耶魯大學。Doudna的丈夫是Jamie Cate，Jamie Cate也是加州大學伯克利分校的分子和細胞生物學教授。

Emmanuelle Charpentier是法國生物化學家，微生物學家和遺傳學家。她曾在巴黎的皮埃爾和瑪麗·居裡大學學習，並於1991年獲得生物化學學位，於1995年在巴斯德研究所獲得了微生物學博士學位。從1996年到2002年，她繼續在美國進行研究，首先是在紐約，然後在孟菲斯。回到歐洲後，她在維也納大學建立了自己的研究小組，並於2006年成為Max F. Perutz實驗室的負責人。

2009年，她移居瑞典的于默奧大學，在那裡建立了一個有關CRISPR序列的項目，Charpentier發現了激活tracrRNA分子在細菌免疫系統中的重要作用。之後Emmanuelle Charpentier與Jennifer Doudna的合作，並在2012年證明了CRISPR-Cas9系統的實用性。

基因編輯對於人類來說是非常重要的，兩位科學家為全人類乃至整個星球的生物創造了新的未來，面對全球氣候問題，面對越來越複雜的病毒與耐藥性病菌，CRISPR-Cas9將是人類百萬年來對抗病毒的新武器。兩位女性科學家的胸襟氣度更令人欽佩，這充分證明科學是大眾的，不是獨立的個體，更不會分男性女性。人類的未來需要像CRISPR-Cas9技術一樣的大眾科學，從理論，到實踐，再到成熟，7年時間囊括了所有，改變了全球研究實驗室與科學家們的思考方式。毫無疑問，兩位科學家的工作成就是巨大，甚至是偉大的。（以後我看情況，CRISPR-Cas9技術太重要了，我會具體來寫一寫）