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2020年诺贝尔化学奖揭晓

2020-11-06 试剂信息网

诺贝尔化学奖


“基因剪刀”如何


剪开生命密码?

2020年诺贝尔化学奖花落埃马纽埃尔·卡彭蒂耶和詹妮弗·杜德纳,以表彰她们“在基因编辑技术方面的贡献”。埃马纽埃尔·卡彭蒂耶是法国科学家,就职于德国柏林马克斯·普朗克病原学研究室;詹妮弗·杜德纳是美国生物学家,加州大学伯克利分校的化学和分子生物学与细胞生物学教授。

诺贝尔化学委员会主席席克拉斯·古斯塔夫松评价说,卡彭蒂耶和杜德纳在2012年发现的CRISPR / Cas9“基因剪刀”,拥有强大的功能,可以影响所有人。它不仅使基础科学研究发生革命性变化,也带来了创新的转化成果,并有望实现开创性的新型医疗方法。

CRISPR / Cas9为什么会被称为“基因剪刀”?“基因剪刀”是怎么工作的?我们是否可以像做手工一样完美剪出符合人类进步要求的产物?为此,记者采访了浙江大学生命科学院院长彭金荣和浙江大学医学院研究员张进。

CRISPR/Cas9是一种由RNA指导的,利用Cas9核酸酶对靶向基因进行编辑的技术。CRISPR本质是基因组DNA上的一段特殊序列。它广泛存在于原核生物基因组中,是细菌和古细菌为应对病毒不断攻击而演化来的获得性免疫防御机制。而Cas9则是CRISPR相关核酸酶。

正如医生可以用手术剪帮病人缝合创口,CRISPR/Cas9就是科学家手中的手术剪,可以极为精确地帮助科学家改变动物、植物和微生物的基因。天然的CRISPR作为医院的数据库,储存了各种病毒的DNA片段,平时通过一些重复出现的DNA片段分区划片,按类将它们整理在一起。

DNA被剪断后会重新连接,但在这过程中很容易丢三落四。失去零件的基因就会失去原来的功能,而如果提供一个新模板,基因就会根据这个模板进行修复,根据这个原理,科学家们可以通过剪断或是拼接DNA片段来达成删除或添加基因的目的。

卡彭蒂耶和杜德纳选用了CRISPR/Cas9这把特殊的剪刀。她们通过纯化Cas9的方法,发现它是双RNA引导的DNA内切酶,在解释了细菌如何利用CRISPR防御病毒的同时,首次证明了CRISPR/Cas9可以进行基因编辑。“从第一次发现CRISPR序列到它正式成为一种基因编辑工具,我们等待了20多年。这项技术可以在任何预定位置剪掉一段DNA序列,并且可以用另外一段序列替换,因此打开了基因编辑技术在生命科学领域应用的全新局面。”张进说。

与过往的技术相比,CRISPR/Cas9具有成本低、制作便捷高效的特点,自问世以来,颇受业界青睐。据英国《每日邮报》统计,截至2018年全球范围内已有大约2700项使用CRISPR工具的临床试验正在进行或者得到批准,在诸如癌症、器官移植、遗传病治疗上取得了一些突破。

近年来,基因编辑技术飞速发展,基因组的编辑因其难以逆转和可实现代际遗传的特质,其涉及的诸多伦理和安全问题,一直是大众关注的热点。

张进认为,基因编辑只能应用于体细胞,在人类生殖细胞或者胚胎上应用有悖于科学伦理。“编辑后的基因不会消失,反而会继续遗传给下一代,从而随着时间推移在族群中不断扩散。至少在几代人的实验中,我们无法确定,这个编辑后的基因以及编辑过程中潜在的脱靶,是否会给携带人的后代带来不利影响。”彭金荣说。

在烟波浩渺的生命科学海洋,如今的发现仍然只是沧海一粟。基因技术之中的一系列问题,还有待全社会共同寻找答案。

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