欧美两女性剪刀手,凭它获诺奖而有人用它

获奖基因编辑工具背后的科学可能会改变我们的生活。夏彭蒂耶与杜德纳（EmmanuelleCharpentier和JenniferDoudna）凭借“开发基因组编辑方法”获得了年诺贝尔化学奖。特别是，她们因发现Crispr–Cas9基因组编辑技术而获奖，该技术使科学家能够对活生物体的遗传密码进行精确修改。

Crispr–Cas9是一种强大的工具，可以改变我们生活的方方面面，从医学治疗到我们的食物生产方式。近年来，它也引起了很多争议。在这里，我们将更深入地研究这些“遗传剪刀”以及它们为何获得诺贝尔奖。

为什么她们赢了？

自Charpentier和Doudna于年开始研究Crispr–Cas9系统以来，该领域呈爆炸式增长。由于Crispr系统的相对简单性和可负担性，世界各地的研究人员已经能够将工具应用于各种形式的不同问题。如今，有整本杂志、会议和公司都致力于这项技术。

在选定的位置切割任何DNA分子的能力具有巨大的潜力，从治疗遗传疾病到创造抗病作物。试验甚至显示了由Crispr进行的基因修饰如何在蚊子种群中传播并阻止疟疾感染-这种“基因驱动”提供了一种彻底消除这种疾病的方法。面对Covid-19大流行，研究人员找到了在快速冠状病毒诊断测试中使用Crispr的方法，并提出了使用它来攻击病毒基因组的建议。

正如诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫森（ClaesGustafsson）在颁奖典礼上所说：“这种遗传工具具有巨大的力量，影响着我们所有人。”Crispr技术甚至被用来制作更美味的啤酒。

它是如何工作的？

整个Crispr基因编辑工具已根据细菌的免疫系统进行了改编。Crispr一词来自“成簇的规则间隔的短回文重复序列”，它是指在细菌基因组中发现的独特遗传序列。每个Crispr序列都被转录为靶向病毒DNA的RNA序列。这些序列还包括编码DNA切割Cas酶的cas（Crispr相关）基因。引导RNA和Cas酶共同形成一个复合物，该复合物会捕获病毒DNA并将其切碎。

在Crispr基因编辑中，科学家通过设计约20个核碱基的指导RNA序列来重新利用该系统，该指导RNA序列与他们希望靶向细胞基因组的DNA序列匹配。该RNA序列与Cas9酶配对，该酶会在目标部位切割DNA链。可以通过质粒将编码Crispr-Cas9工具的这两个组件的完整DNA序列递送至靶细胞。

以上图片显示，指导RNA序列将切割Cas9酶的DNA带到细胞基因组中的特定位置，然后该酶在DNA中进行切割。这样，该系统就可以充当精密的基因切割剪刀。

因此，该工具可用于以惊人的精度编辑细胞的基因组-例如，它可以切除与遗传性疾病有关的功能异常的基因。如果基因的健康版本也传递到细胞中，那么细胞自身的修复系统将在其被切割的位置掺入健康链。

获奖者做了什么？

年，夏庞蒂耶（Charpentier）在调查细菌化脓性链球菌时，发现了一种称为tracrRNA的分子，该分子构成了细菌中Crispr–Cas系统的关键部分。

同时，Doudna一直在研究cas基因的功能，并了解到它们编码的Cas蛋白与切割DNA有关，这是针对病原病毒的细菌免疫系统的一部分。

那年，夏彭蒂埃（Charpentier）与杜德纳（Doudna）合作，进一步研究了该系统。他们一起揭示了Cas9蛋白，CrisprRNA和tracrRNA如何共同作用，将DNA链剪成两部分。然后，他们通过将CrisprRNA和tracrRNA合并为一个分子（即引导RNA）简化了系统，使其更易于使用，并展示了如何将其用于在他们选择的位点切割任何DNA链，从而为使用DNA敞开了大门。各种基因组编辑实验工具。

虽然在Crispr-Cas9之前存在用于遗传编辑的先前工具，但新工具更简单，更便宜。通过让全球科学家都可以进行基因编辑，这导致了该领域的巨大进展。

那么争议在哪里？

多年来，Crispr一直是长期专利纠纷的中心。在Doudna和Charpentier的发现后不久，张峰的研究小组在美国剑桥的Broad研究所申请了在真核细胞中使用该技术的方法的专利。在美国伯克利加州大学的Doudna小组与Broad小组之间的旷日持久的战斗中，谁拥有关键知识产权。同时，许多团体和公司已获得许多与Crispr相关的新技术的专利，这意味着随着时间的流逝，争议中心的原始专利变得越来越不相关。

争议的另一个领域完全涉及使用基因组编辑工具的潜在后果。由于基因组非常复杂，我们无法总是知道编辑基因时会发生什么。一些基因具有多种功能，通常是未知的功能，编辑它们以纠正一个问题，可能最终会导致新的不可预见的功能。在编辑种系细胞（可以传给生物体的孩子的细胞）时，这一点尤其重要，因为修饰的基因可以被后代继承。

作为一种相对较新的技术，我们还知道Crispr本身并不完美。一些研究显示了脱靶切割，该工具在目标位置的其他位置切割了DNA链。这显然会带来有害的后果，因此许多研究人员正在研究改善该技术并使之更适合医疗用途的方法。

考虑到这些问题，包括Doudna和Charpentier在内的全球科学家呼吁暂停编辑人类种系细胞，直到我们对后果有了更多了解。在中国科学家何建奎编辑了人类胚胎之后，这种呼声愈演愈烈。这些人类胚胎于年出生。现在，他因进行这项研究而被判处三年徒刑。

接下来会发生什么？

一些基于Crispr疗法的临床试验已经开始，并且今年有望出现报道。今年2月，第一个使用Crispr编辑的免疫细胞研究癌症治疗的研究报告说，经过修饰的细胞是安全的，在三位研究的患者中没有严重的副作用。尽管该疗法对癌症的疗效微乎其微，但可能有助于为将来基于Crispr的T细胞疗法提供参考。

一个月后，患有遗传性失明的患者成为有史以来第一位直接将Crispr–Cas9治疗直接应用到体内的人。6月，瑞士基因编辑公司CrisprTherapeutics宣布，使用Crispr技术编辑了骨髓干细胞后，两名患有β地中海贫血的患者和一名患有镰状细胞病的患者将不再需要输血。

本周早些时候，杜德纳（Doudna）成立了一家新公司ScribeTherapeutics，开始致力于治疗肌萎缩性侧索硬化症。

其他基于Crispr的技术越来越接近商业现实。例如，美国基因组工程公司eGenesis正在开发使用该技术编辑猪基因的方法，以便将其器官安全地移植到人类中。在农业领域，许多公司正在研究使用Crispr来加快对具有理想特性（例如抗病性或改良风味）的农作物的选择过程的方法。

从根本上讲，研究人员正在研究改善系统本身的方法。通过使用替代的Cas蛋白，一些小组希望使该工具更有效，更易于在某些环境中使用。Doudna的小组最近报道了一种CasX蛋白，该蛋白比Cas9小，并且可能更容易引入靶细胞。

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