「基因剪刀」拿下化學諾獎,一位華人先驅與榮耀失之交臂

摘要

記者拋向諾獎委員會的第一個問題非常尖銳,「是不是還有其他人也能拿這個獎?」

北京時間 10 月 7 日下午,諾貝爾委員會將今年的諾貝爾化學獎頒給兩位女性科學家,分別是來自法國的埃馬紐爾·夏彭蒂(Emmanuelle Charpentier),和美國的詹妮弗·杜德納(Jennifer Doudna)。委員會給出的理由是她們「研發出了一種基因組編輯方法」。

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,可用于遺傳疾病的精準治療。

今年諾獎產生了兩位女性化學獎獲得者|視覺中國

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。但在昨天,女性科學獎安德里亞·格茲和羅杰·彭羅斯、萊因哈德·根澤爾一同摘得物理獎,今天又同時產生了兩位女性化學獎獲得者。

歡欣鼓舞之余,對于本屆化學獎,人們也在關注另一個事情:華裔科學家張鋒為什么失之交臂?記者拋向諾獎委員會的第一個問題非常尖銳,「是不是還有其他人也能拿這個獎?」


上帝的剪刀

什么是 CRISPR?當病毒想要攻擊細菌時,也就是將自己的 DNA 注入細菌體內,細菌為了避免死亡就會開啟防御系統 CRISPR。CRISPR 看起來就像是普通的 DNA 序列,但如果放大看,會發現這條序列有一個巨大的病毒資料庫。

這套防御系統還會不斷生產各種蛋白質(Cas),每當有新病毒入侵,這些像是剪刀的蛋白質就會跑出來剪斷病毒的 DNA,然后把敵人的 DNA 片段藏進病毒庫。如果以后再遇到同樣的病毒,CRISPR 就能迅速匹配,然后消滅侵染。

CRISPR 序列圖解|諾獎官網

早在 1987 年,科學家們就發現了 CRISPR 序列,直到 2012 年,夏彭蒂和杜德納兩位先驅在《科學》雜志上首次證明了 CRISPR 的其中一把「剪刀」CRISPR/Cas9 可以進行基因編輯。她們的原創工作在于純化了 Cas9 蛋白,發現它是雙 RNA 引導的 DNA 內切酶,首次在體外證明使用 Cas9 的 CRISPR 系統可以切割任意 DNA 鏈,指出 CRISPR 在活細胞中修改基因的能力。

近年來,科學家利用 CRISPR 便能高效、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 技術被廣泛地應用于農業和生物醫藥領域。比如,在 2018 年,就有研究證實利用 CRISPR 技術成功治療了四只患有 Duchenne 型肌營養不良癥的狗,并將其肌肉和心臟組織中的營養不良蛋白恢復到正常水平的 92%。

「近期很少有一個發現能夠像 CRISPR 在生物領域一樣,改變整個領域的研究。它在人類健康與疾病等方面有極大的應用潛力?!?018 年 8 月,美國阿爾伯尼生物醫學獎委員會主席 Vincent Verdile 說道。

就這樣,CRISPR 被認為是「上帝的剪刀」。


還有誰發現了這把剪刀?

2013 年,麻省理工學院教授、博德研究所資深研究員張鋒和哈佛大學醫學院教授喬治·徹奇同時在《科學》上分別發表論文,證明 CRISPR/Cas9 可以編輯哺乳動物細胞基因,他們將這項基因編輯技術成功地運用到小鼠和人類細胞上。

左為本屆諾獎得主杜德納,右為現年 38 歲的張鋒|Bloomberg

張鋒表示在 2011 年就開始有了把 Cas 蛋白簇和 tracrRNA 放到哺乳動物細胞中的想法,并早于杜德納團隊拿出了 CRISPR 技術從最初的構想到在哺乳動物細胞成功應用的證據,完整證明了 CRISPR/Cas9 整個概念。這位華人科學家在 2014 年拿到了美國專利與商標局關于 CRISPR 的首個專利授權,這意味著他和研究所在美國擁有 CRISPR/Cas9 技術應用于所有真核生物——包括植物、動物和人類——的專利,這是 CRISPR 技術商業化最為核心的專利之一。

但這場專利之爭并沒有結束。2016 年,杜德納一方認為張鋒是在她論文的基礎上進行的實踐,而后者認為杜德納只是預測 CRISPR 會在人類細胞上有效,而自己包含實際運動,證明了 CRISPR/Cas9 整個概念。2017 年,法官判定專利仍歸張鋒一方所有。

「基于 CRISPR 的基因編輯技術有四個關鍵的發現者:夏彭蒂耶、徹奇、杜德納和張鋒。所以,諾獎最多頒給三人的規則顯然就是個問題?!?993 年諾獎得主菲利普·夏普曾說過。他認為,一個比較明智的決定可能是:諾貝爾化學獎頒給杜德納和夏彭蒂,她們的工作是純生化,生理或醫學獎給徹奇和張鋒,他們在活體細胞中成功應用 CRISPR,為醫學的應用鋪平了道路。


獲獎者生平簡介

埃馬紐爾·夏彭蒂,法籍微生物學家,1995 年在法國巴黎巴斯德研究所獲博士學位,現為德國馬克斯·普朗克研究所感染生物學研究所所長。在 CRISPR 的發展中,其主要的貢獻在于發現 Cas9 蛋白的活性仰賴 tracrRNA。


詹妮弗·杜德納,出生于 1964 年 2 月 19 日,為伯克利大學化學和分子生物學與細胞生物學教授,霍華德休斯醫學研究所的研究員,美國國家科學院院士。和夏彭蒂因發現 CRISPR/Cas9 系統曾獲得了 2015 年生命科學突破獎。


題圖來源:諾獎官網

責任編輯:于本一

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