「基因剪刀」拿下化学诺奖,一位华人先驱与荣耀失之交臂

摘要

记者抛向诺奖委员会的第一个问题非常尖锐,「是不是还有其他人也能拿这个奖?」

北京时间 10 月 7 日下午,诺贝尔委员会将今年的诺贝尔化学奖颁给两位女性科学家,分别是来自法国的埃马纽尔·夏彭蒂(Emmanuelle Charpentier),和美国的詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)。委员会给出的理由是她们「研发出了一种基因组编辑方法」。

具体来说,她们发现了基因技术最锐利的工具之一——CRISPR/Cas9 基因剪刀。利用这一技术,研究人员可以非常精确地改造植物和微生物的 DNA。这项技术对生命科学产生了革命性的影响,被视为具有巨大的应用前景,可用于遗传疾病的精准治疗。

今年诺奖产生了两位女性化学奖获得者|视觉中国

值得一提的是,在诺奖 120 年的历史上,在 2019 年之前只有 4 位女性物理奖获得者,和 5 位女性化学家获得者。但在昨天,女性科学奖安德里亚·格兹和罗杰·彭罗斯、莱因哈德·根泽尔一同摘得物理奖,今天又同时产生了两位女性化学奖获得者。

欢欣鼓舞之余,对于本届化学奖,人们也在关注另一个事情:华裔科学家张锋为什么失之交臂?记者抛向诺奖委员会的第一个问题非常尖锐,「是不是还有其他人也能拿这个奖?」


上帝的剪刀

什么是 CRISPR?当病毒想要攻击细菌时,也就是将自己的 DNA 注入细菌体内,细菌为了避免死亡就会开启防御系统 CRISPR。CRISPR 看起来就像是普通的 DNA 序列,但如果放大看,会发现这条序列有一个巨大的病毒资料库。

这套防御系统还会不断生产各种蛋白质(Cas),每当有新病毒入侵,这些像是剪刀的蛋白质就会跑出来剪断病毒的 DNA,然后把敌人的 DNA 片段藏进病毒库。如果以后再遇到同样的病毒,CRISPR 就能迅速匹配,然后消灭侵染。

CRISPR 序列图解|诺奖官网

早在 1987 年,科学家们就发现了 CRISPR 序列,直到 2012 年,夏彭蒂和杜德纳两位先驱在《科学》杂志上首次证明了 CRISPR 的其中一把「剪刀」CRISPR/Cas9 可以进行基因编辑。她们的原创工作在于纯化了 Cas9 蛋白,发现它是双 RNA 引导的 DNA 内切酶,首次在体外证明使用 Cas9 的 CRISPR 系统可以切割任意 DNA 链,指出 CRISPR 在活细胞中修改基因的能力。

近年来,科学家利用 CRISPR 便能高效、精确地改变、编辑或替换植物、动物甚至是人类身上的基因,经过改造的 CRISPR 技术被广泛地应用于农业和生物医药领域。比如,在 2018 年,就有研究证实利用 CRISPR 技术成功治疗了四只患有 Duchenne 型肌营养不良症的狗,并将其肌肉和心脏组织中的营养不良蛋白恢复到正常水平的 92%。

「近期很少有一个发现能够像 CRISPR 在生物领域一样,改变整个领域的研究。它在人类健康与疾病等方面有极大的应用潜力。」2018 年 8 月,美国阿尔伯尼生物医学奖委员会主席 Vincent Verdile 说道。

就这样,CRISPR 被认为是「上帝的剪刀」。


还有谁发现了这把剪刀?

2013 年,麻省理工学院教授、博德研究所资深研究员张锋和哈佛大学医学院教授乔治·彻奇同时在《科学》上分别发表论文,证明 CRISPR/Cas9 可以编辑哺乳动物细胞基因,他们将这项基因编辑技术成功地运用到小鼠和人类细胞上。

左为本届诺奖得主杜德纳,右为现年 38 岁的张锋|Bloomberg

张锋表示在 2011 年就开始有了把 Cas 蛋白簇和 tracrRNA 放到哺乳动物细胞中的想法,并早于杜德纳团队拿出了 CRISPR 技术从最初的构想到在哺乳动物细胞成功应用的证据,完整证明了 CRISPR/Cas9 整个概念。这位华人科学家在 2014 年拿到了美国专利与商标局关于 CRISPR 的首个专利授权,这意味着他和研究所在美国拥有 CRISPR/Cas9 技术应用于所有真核生物——包括植物、动物和人类——的专利,这是 CRISPR 技术商业化最为核心的专利之一。

但这场专利之争并没有结束。2016 年,杜德纳一方认为张锋是在她论文的基础上进行的实践,而后者认为杜德纳只是预测 CRISPR 会在人类细胞上有效,而自己包含实际运动,证明了 CRISPR/Cas9 整个概念。2017 年,法官判定专利仍归张锋一方所有。

「基于 CRISPR 的基因编辑技术有四个关键的发现者:夏彭蒂耶、彻奇、杜德纳和张锋。所以,诺奖最多颁给三人的规则显然就是个问题。」1993 年诺奖得主菲利普·夏普曾说过。他认为,一个比较明智的决定可能是:诺贝尔化学奖颁给杜德纳和夏彭蒂,她们的工作是纯生化,生理或医学奖给彻奇和张锋,他们在活体细胞中成功应用 CRISPR,为医学的应用铺平了道路。


获奖者生平简介

埃马纽尔·夏彭蒂,法籍微生物学家,1995 年在法国巴黎巴斯德研究所获博士学位,现为德国马克斯·普朗克研究所感染生物学研究所所长。在 CRISPR 的发展中,其主要的贡献在于发现 Cas9 蛋白的活性仰赖 tracrRNA。


詹妮弗·杜德纳,出生于 1964 年 2 月 19 日,为伯克利大学化学和分子生物学与细胞生物学教授,霍华德休斯医学研究所的研究员,美国国家科学院院士。和夏彭蒂因发现 CRISPR/Cas9 系统曾获得了 2015 年生命科学突破奖。


题图来源:诺奖官网

责任编辑:于本一

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