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科普:重寫生命密碼的工具——解讀2020年諾貝爾化學獎成果
2020-10-07 22:57:57 來源: 新華網
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  新華社北京10月7日電(記者張曉茹)2020年諾貝爾化學獎7日授予兩名女科學家,以表彰她們在基因組編輯方法研究領域作出的貢獻。這裏的基因組編輯方法,指的正是當下熱門的CRISPR/Cas9基因編輯技術。

  脫氧核糖核酸(DNA)是重要遺傳物質,它呈螺旋互繞的雙鏈結構,在DNA鏈條上含有遺傳資訊、具有某種功能的DNA片段就是基因。基因編輯技術可以斷開DNA鏈條,對其進行改動,然後重新連接,就像人們寫作時編輯文字那樣。由于對DNA鏈條有剪斷操作,因此該技術被形象地稱為“基因剪刀”。

  基因編輯技術早在20世紀90年代就已出現,但曾經非常耗時,甚至難以完成。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術,可在幾周時間內改變生命的密碼——DNA。

  CRISPR全名為“成簇的、規律間隔的短回文重復序列”,是細菌防禦病毒侵入的一種機制。2012年法國科學家埃瑪紐埃勒·沙爾龐捷和美國科學家珍妮弗·道德納發表研究指出,她們開發出CRISPR/Cas9基因編輯技術。這項技術隨後成為生物醫學史上第一種可高效、精確、程式化修改細胞基因組包括人類基因組的工具。這種技術就是以核糖核酸(RNA)做向導,把Cas9酶帶到相應的位置,然後用這種酶切割病毒DNA。

  相比此前的技術,CRISPR/Cas9技術具有成本低、易上手、效率高等優勢,使得對基因的修剪改造“普通化”,因此風靡整個生物學界。科學界普遍認為,這是21世紀以來生物技術方面最重要的突破。這一技術曾三度入圍美國《科學》雜志年度十大突破,並且在2015年被該雜志評為年度頭號突破。

  10月7日,在瑞典斯德哥爾摩,瑞典皇家科學院諾獎宣布現場電子螢幕上顯示兩位獲獎的女科學家。新華社發(魏學超 攝)

  就像在科學領域時常發生的“偶然”那樣,“基因剪刀”的發現過程也出乎意料。沙爾龐捷在研究化膿性鏈球菌時,發現了一種未知分子——tracrRNA。她的研究顯示,tracrRNA是細菌的古老免疫係統“CRISPR/Cas”的一部分,能夠通過切割病毒的DNA來使病毒“繳械”,從而消除其危害。

  沙爾龐捷2011年發表了上述研究成果。同年,她與道德納開始合作研究。在一次具有劃時代意義的實驗中,她們對“基因剪刀”進行改造。在天然形式下,這種“剪刀”能夠識別出病毒中的DNA。但是沙爾龐捷和道德納發現能對“剪刀”施加控制,這樣一來就能在任何預先設定的位置切割任何DNA分子。一旦DNA被切割,那麼重寫生命的密碼就變得簡單了。

  此後,“基因剪刀”技術的利用次數呈爆炸性增長。在基礎科研領域,隨著這一技術的應用,涌現出很多重大成果。例如植物研究者開發出能夠耐霉菌、害蟲和幹旱的作物;在醫學領域,與該技術相關的癌症新療法臨床試驗正在開展,治愈遺傳性疾病有望成為現實。

  總的來説,“基因剪刀”技術為生命科學研究開啟了一個新時代,並從很多方面造福人類。諾貝爾化學獎評選委員會7日在新聞公報中説:“這個基因編輯工具擁有巨大能量,會影響到我們每個人。它不僅在基礎科學領域引發了變革,還産生了很多創新性成果,並將帶來具有獨創性的新治療方法。”

【糾錯】 責任編輯: 徐海知
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