2020年诺贝尔化学奖,花落她和她!一文看懂“基因剪刀”是什么?(视频)

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  导读:她们开发了基因技术中最锐利的工具之一:CRISPR/Cas9“基因剪刀”。利用这些技术,研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。

  导读:她们开发了基因技术中最锐利的工具之一:CRISPR/Cas9“基因剪刀”。利用这些技术,研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。

  来   源丨21世纪经济报道(ID:jjbd21)综合自中国新闻网、参考消息、世界顶尖科学家论坛、果壳、e公司官微、爱范儿、公开信息

2020年诺贝尔化学奖,花落她和她!一文看懂“基因剪刀”是什么?(视频)

  当地时间10月7日,瑞典皇家科学院将2020年诺贝尔化学奖授予法国科学家埃曼纽尔・卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和美国科学家詹妮弗・杜德纳(Jennifer A.Doudna),以表彰她们在基因编辑技术方面的贡献。

  回首过去的得奖者们,在收获荣耀与财富之前,他们的孤独与挫败也曾无人知晓,但人生的失意,并没有浇灭他们追求科学的热忱;也有很多科学家与诺奖失之交臂,留下人生遗憾,但他们的成果,仍让今天的人们受益。

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  人物速览

  2位获奖者是什么来头?

  据诺贝尔官网介绍,卡彭蒂耶于1968年出生于法国奥尔日河畔瑞维西,是德国柏林马克思・普朗克病原学研究室主任;杜德纳于1964年出生于美国华盛顿特区,是美国加州大学伯克利分校教授,霍华德・休斯医学研究所研究院。

  埃马纽埃尔・卡彭蒂耶 (Emmanuelle Charpentier)1968年12月11日生于法国的奥尔日河畔于维西,法国微生物学家,遗传学家和生物化学家。EmmanuelleCharpentier被誉为“基因编辑之母”,已经获得10项久负盛名的科学奖项,目前担任德国马普学会感染生物学研究所所长,过去20年在5个不同的国家、9所不同的大学工作过。

  詹妮弗・杜德纳(Jennifer Doudna)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。JenniferA. Doudna还曾在2016年获得世界杰出女科学家成就奖。

  华裔科学家张锋其实也对 CRISPR 的发展和应用做出过重要贡献,但是因为卡彭蒂耶和杜德纳是 CRISPR 的奠基者,而诺贝尔可能更倾向于颁给新技术领域的开创者。

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  诺贝尔化学奖颁布直播截图。图|nobelprize.org

  不过,两人同时也深陷关于CRISPR-Cas9技术的专利战,而专利权的归属,以及由此引发的深层次伦理和社会问题,也引起了学界的广泛争议。

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  CRISPR-Cas9,链球菌抵御病毒的自然免疫系统。当病毒感染细菌时,会把有害的DNA送到细菌内部。如果细菌能在感染中存活,那么其基因组中也会嵌入一段病毒的DNA,这段DNA就像是病毒的存储器。该DNA能保护细菌免受新的感染。

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  CRISPR/Cas9基因剪刀。

  二人的获奖理由为“开发了一种基因组编辑方法”。

  据介绍,她们开发了基因技术中最锐利的工具之一:CRISPR/Cas9“基因剪刀”。利用这些技术,研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。

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  诺奖官网称,这项技术对生命科学产生了革命性的影响,可以帮助研究者开发新的癌症疗法,并使治愈遗传疾病的梦想成为现实。

  瑞典皇家科学院院士佩尔尼拉・维通斯塔夫斯戴德(Pernilla Wittung Stafshede)是这样评价她们的基因技术的:“这项技术能够让你在任何希望的地方切割DNA,这给生命科学带来了革命性的影响。”

  在过去,人们若要发现生命的内部运作原理,就必须得修饰细胞中的基因,但这是一项耗时、困难、几乎不可能的工作。

  现在,她们可以在几周内就更改生物的生命周期。

  诺贝尔化学委员会主席克拉斯・古斯塔夫森说道:这种遗传工具拥有巨大的力量,它将影响我们所有人。因为它不仅使基础科学发生了革命性的变化,而且还将在未来制造出开创性的新疗法。

  这将生命科学带入了一个新的时代。

  基因编辑是什么?

  在许多人眼中,基因编辑更接近生理学或医学领域,而不是化学。对此,华东师范大学化学与分子工程学院教授姜雪峰,向WLF分析了为什么基因编辑能够拿化学奖。

  “基因的本质就是化学,因为基因是DNA上的一个片段,本质上嘌呤嘧啶的杂环、脱氧核糖还有磷酸的规律组合形成的价键和动态的相互作用,来实现的连接、复制、表达,它的本质是归于化学的。”姜雪峰介绍说。

  在诺贝尔化学奖揭晓前,姜雪峰就预测CRISPR基因编辑会获奖:“目前化学两个最重要的突破,一个是材料领域,另一个就是在生命领域。去年的化学奖颁给了锂电池的发现者,所以我估计今年不会连续给材料,应该给生命化学。尤其在今年的疫情之下,在生命化学领域,对包括病毒、癌症这些疾病的治疗,我认为最具潜力、最耀眼的就属CRISPR技术,所以我预测今年的诺贝尔化学奖可能给它。”

  那么,基因编辑究竟是什么,我们可以来看看果壳的这个科普视频:

  视频来源:果壳

  Crispr基因剪刀是怎样的?我们再来看看中国科普博览的这个科普视频:

  CRISPR的发展与争议

  CRISPR基因编辑系统的故事还要从一座名为圣波拉(Santa Pola)的地中海小城说起。30年前,一位名为Francisco Mojica的年轻人在当地的一所大学开始攻读博士学位,而他的研究对象,就是圣波拉海滩上发现的一种古细菌。

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  ▲CRISPR基因编辑的诞生,离不开Francisco Mojica教授的发现(图片来源:BBVA Foundation)

  在分析这种古细菌的DNA序列时,年轻的Mojica观察到了一个有趣的现象――这些微生物的基因组里,存在许多奇怪的“回文”片段。这些片段长30个碱基,而且会不断重复。在两段重复之间,则是长约36个碱基的间隔。对于这种具有规律性的重复,Mojica后来给它起了一个拗口的名字“常间回文重复序列簇(Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats)。不过它的缩写好记多了,它就是本文的主角CRISPR。

  事实上,这并不是人类首次发现CRISPR序列。早在1987年,一支日本团队(石野良纯教授为第一作者)就已发表论文,表明大肠杆菌里也有类似的序列。不少科学家认为,这是人类首次知道CRISPR序列的存在。然而,这支日本团队当时并没有对CRISPR序列进行详细的研究,因此它的功能还不为人所知晓。

  自CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生以来,科学家们对其进行了大量的优化与改造。一方面,现在的CRISPR基因编辑技术可以变得更精准,带来更少的脱靶效应(指修改了不应修改的基因);另一方面,CRISPR系统也已经超越了DNA,能够对RNA进行有效编辑。

  此外,初代的CRISPR技术涉及DNA双链的断裂,会引起潜在的风险。如今,科学家们基于CRISPR体系,已经开发出了“单碱基”基因编辑系统,能够对基因进行“微调”。如果说以前的基因编辑,是把书的一页纸撕下,再粘上一页新的纸的话,这种“单碱基”基因编辑系统,就好像是把书页上的错别字给单独修改,有着更高的精度。

  当然,围绕着CRISPR的争议也不少。自这项技术问世以来,有关CRISPR基因编辑技术的专利就一直是个热议的问题,迄今也没有得到完美解决。

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  A股基因板块市值超万亿

  在A股中有不少上市公司涉足基因概念,主要有基因测序、检测试剂,及相关服务等细分领域。

  去年诺贝尔化学奖颁给了锂电池的三位发明者,随后A股锂电池板块迎来一波炒作。当前科技股正处在风口浪尖,此次诺贝尔化学奖颁给了“基因编辑”发现者,A股基因测序等概念股是否被再度炒作?

  华大基因(300676,股吧)一直被视为基因概念龙头股,公司是国内唯一参加人类基因组计划的公司,作为全球最大的基因测序中心,华大基因拥有世界最大规模的测序通量,并不断强化产业链上游布局。华大基因业务布局生育健康类服务、肿瘤防控类服务、病原感染类服务、多组学大数据与合成业务、精准医学检测综合解决方案等5大板块。

  此外,美年健康(002044,股吧)、金域医学(603882,股吧)、华测检测(300012,股吧)、达安基因(002030,股吧)、迈克生物(300463,股吧)、贝瑞基因(000710,股吧)等基因概念股受到普遍关注。目前,A股基因板块市值已经超过万亿元。

  据专业分析机构预测,基因检测行业是精准医疗的重要组成部分,随着经济的快速发展,作为人口大国,我国基因检测发展迅速,2018年我国基因检测行业规模将达到603.29亿元,预计2020年市场规模有望达到1015.49亿元,复合增长率将达到37.87%。

  “数”说历史上的诺贝尔化学奖

  1895年11月27日,瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德?伯恩哈德?诺贝尔(AlfredBernhard Nobel)签署了遗嘱,将自己遗产的大部分设立了一系列奖项,即诺贝尔奖。根据他的意愿,其中一部分颁给“做出最重要的化学发现或改进的人”。

  诺贝尔化学奖首次颁发是在1901年,获奖者是荷兰化学家雅各布斯?亨里克斯?范托夫,表彰其在发现溶液中的化学动力学法则和渗透压规律以及对立体化学和化学平衡理论作出的贡献。

  最年长――97岁

  截止目前,最年长的诺贝尔化学奖得主是约翰?古迪纳夫(John B.Goodenough),他在2019年获得化学奖时已经97岁。古迪纳夫也是目前为止获得诺贝尔奖时年龄最大的科学家。在此之前,这个纪录由96岁高龄获得2018年诺贝尔物理学奖的阿瑟・阿什金保持。

  最年轻――35岁

  诺贝尔化学奖最年轻的得主是弗雷德里克?约里奥-居里。1935年,他与妻子伊雷娜?约里奥-居里一同获奖,当时他年仅35岁。1934年,弗雷德里克?约里奥-居里和妻子在《自然》杂志上发表一篇名为《一种新型放射性元素的人工产生》的论文。凭借这篇论文,他们夫妻二人荣获了1935年的诺贝尔化学奖。

  家族

  居里夫妇一家是最成功的“诺奖家族”。1903年,玛丽?居里和丈夫皮埃尔?居里共同获得诺贝尔物理学奖。1911年,玛丽?居里获诺贝尔化学奖。1935年,玛丽?居里的女儿伊雷娜?约里奥-居里和丈夫弗雷德里克?约里奥-居里获得诺贝尔化学奖。

  111次

  1901年至2019年,诺贝尔化学奖共颁布了111次。期间1916、1917、1919、1924、1933、1940、1941和1942共8年没有颁发。

  183人

  1901年至2019年,共有184位诺贝尔化学奖获得者,其中弗雷德里克?桑格(FrederickSanger)(1918年8月13日-2013年11月19日)是唯一一位获得过两次诺贝尔化学奖的人,分别在1958年和1980年。这也意味着,实际上获得诺贝尔化学奖的人数是183人。

  63次

  在被颁出的111次诺贝尔化学奖中,有63次只颁给了一位获奖者,23次同时颁给两人,25次同时颁给三人。

  5名女性

  历史上共有5名女性获得过诺贝尔化学奖。

  1911年,玛丽?居里获诺贝尔化学奖。

  1935年,伊雷娜?约里奥-居里和丈夫弗雷德里克?约里奥-居里一同获奖。

  1964年,英国生物化学家多萝西?玛丽?霍奇金获奖。

  2009年,以色列科学家阿达?约纳特和另外两人一同获奖。

  2018年,美国科学家弗朗西斯?阿诺德和另外两人一同获奖。

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  本期编辑 陈思

本文首发于微信公众号:21世纪经济报道。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

(责任编辑:冉笑宇 )
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