她们发现基因剪刀 可重写生命密码

基因编辑技术对生命科学研究产生了突破性影响,有助于研发新的癌症疗法,并可能使治愈遗传性疾病成为现实。 CFP供图

新华社斯德哥尔摩10月7日电 瑞典皇家科学院7日宣布,将2020年诺贝尔化学奖授予法国女科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和美国女科学家珍妮弗·道德纳,以表彰她们在基因组编辑方法研究领域作出的贡献。

瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松当天在皇家科学院公布了获奖者名单及主要成就。汉松说,今年的获奖研究成果是“基因剪刀——重写生命密码的工具”。

据诺贝尔化学奖评选委员会介绍,两位获奖者发现了基因技术中最犀利的工具之一,即“CRISPR/Cas9基因编辑技术”。基于这项技术,研究人员能以极高精度改变动物、植物和微生物的DNA(脱氧核糖核酸),并有望更改某些生物的生命周期。这一技术对生命科学研究产生了突破性影响,有助于研发新的癌症疗法,并可能使治愈遗传性疾病成为现实。

评选委员会在新闻公报中说,沙尔庞捷在研究一种对人类危害巨大的细菌——化脓性链球菌时发现了一种以前未知的分子tracrRNA。这种分子是细菌古老免疫系统CRISPR/Cas的一部分,它可通过切割病毒的DNA解除病毒的危害。沙尔庞捷在2011年发表了这一研究成果。同年她与资深生物化学家道德纳展开合作,在试管中共同重建了具有上述切割功能的细菌“基因剪刀”,并简化了“剪刀”的分子组成以便使用。

公报指出,在一个具有划时代意义的实验中,沙尔庞捷和道德纳对“基因剪刀”进行了改造。在天然形式下,该“剪刀”能够识别病毒的DNA。但这两位获奖者发现能对这种“剪刀”施加控制,这样一来就能在任何预先设定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割,那么重写生命的密码就变得简单了。

诺贝尔化学奖评选委员会主席克拉斯·古斯塔夫松说:“这个基因编辑工具拥有巨大能量,它不仅在基础科学领域引发了变革,还产生了很多创新性成果,并将带来具有独创性的新治疗方法。”

沙尔庞捷在发布会的电话连线中说,她得知获奖时感到很惊喜,“作为获此殊荣的女科学家,我希望能对致力于科学研究的年轻女性传递信息,女性能在科学界有所作为并获诺奖”。她还强调,“基因剪刀”技术有可能在将来开发出击败细菌的疗法。

沙尔庞捷1968年出生于法国,现任德国柏林马克斯·普朗克病原学研究室主任;道德纳1964年生于美国,现任美国加利福尼亚大学伯克利分校教授。

两名科学家将平分1000万瑞典克朗(约合112万美元)奖金。

数说诺贝尔化学奖

最年轻得主35岁 迄今7位女性夺奖

111次:自1901年首次颁奖至2019年,诺贝尔化学奖已颁发111次。因战争等原因,有8个年份未颁奖,分别为1916年、1917年、1919年、1924年、1933年、1940年、1941年和1942年。

185位获奖者:截至2020年,共有185位诺贝尔化学奖获奖者,其中英国科学家弗雷德里克·桑格凭借基因测序技术两次获得这项殊荣。

97岁和35岁:最年长的诺贝尔化学奖得主是97岁获奖的美国科学家约翰·古迪纳夫,他因在锂离子电池研发领域作出的贡献在2019年获奖,也刷新了诺奖100多年历史上的一个纪录,成为获奖时年龄最大的人。最年轻的化学奖得主是1935年获奖的法国科学家弗雷德里奥·约里奥,时年35岁,他与夫人伊雷娜·约里奥—居里共同获奖,而这对“科研夫妻档”就是著名的居里夫妇的女婿和女儿。

7位女性获奖者:截至2020年,在185位诺贝尔化学奖得主中,女性有7位,其中居里夫人(玛丽·居里)和英国科学家多萝西·克劳福特·霍奇金分别在1911年和1964年独享这一奖项。

2位跨界获奖者:居里夫人除了在1911年因分离出纯的金属镭而获得诺贝尔化学奖,还和丈夫皮埃尔·居里一起因对放射性现象的研究获得1903年诺贝尔物理学奖。美国的莱纳斯·波林在1954年获得化学奖后又于1962年获得诺贝尔和平奖。

解读

基因剪刀:一个重写生命密码的工具

埃玛纽埃勒·沙尔庞捷和珍妮弗·道德纳发现了基因技术最锋利的工具之一,即CRISPR-Cas9基因剪刀。利用这些技术,研究人员就能极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。这项技术对生命科学具有革命性影响,不仅有助于催生癌症新疗法,还有可能治愈遗传疾病。

CRISPR的全称为Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,中文翻译为“规律成簇的间隔短回文重复”。它是细菌的适应性免疫系统,可以对侵袭过它的病毒产生“记忆”。当外源病毒或质粒DNA进入细胞时,专门的Cas蛋白会将外源DNA剪成小片段,并将它们粘贴到自身的DNA片段中存储。当再次遇到病毒入侵时,细菌能够根据存储的片段识别病毒,将病毒的DNA切断而使之失效。Cas蛋白就像一对能够切割DNA链的分子剪刀。一旦酶在特定位点切割DNA,就可以进行插入和编辑,从而改变DNA序列。

想要了解生命的内部运作,研究人员就需要修改细胞中的基因。以前,这项工作耗时、困难甚至不可能完成。但现在利用CRISPR-Cas9基因剪刀,可能几周内就能改变生命的密码。

基因剪刀的发现有些偶然。埃玛纽埃勒·沙尔庞捷在研究酿脓链球菌(对人类危害最大的细菌之一)时,发现了一种以前不为人知的分子,即tracrRNA。沙尔庞捷的研究表明,tracrRNA是细菌古老免疫系统CRISPR/Cas的一部分,该系统可通过裂解病毒的DNA来抵御病毒。

沙尔庞捷在2011年发表了她的发现。同年,她开始与珍妮弗·道德纳合作。道德纳是位经验丰富的生物化学家,对RNA有丰富的知识。她们一起成功地在试管中再造了细菌的基因剪刀,并简化了剪刀的分子组成,使其更易于使用。

然后,她们又对基因剪刀进行重新设定,这是一个划时代的实验。在其自然形态下,剪刀可识别病毒中的DNA,而沙尔庞捷和道德纳证明,该剪刀可被控制,因此能在预定位置切断任何DNA分子。在DNA被切断的地方,就很容易改写生命密码。

沙尔庞捷和道德纳在2012年发现CRISPR/Cas9基因剪刀,自此从后,对该工具的使用开始激增。这种工具促成了基础研究中的许多重要发现,植物研究人员已经能够培育出耐霉、耐虫害和耐干旱的作物。在医学方面,癌症新疗法的临床试验正在进行,能够治愈遗传疾病的梦想将要实现。这些基因剪刀,把生命科学带入了一个新时代,并在许多方面给人类带来了极大的益处。

综合新华社、中新网、央视、中国科普博览

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