基因编辑技术获诺贝尔化学奖，华人科学家张峰

10月7日，2020年诺贝尔化学奖揭晓：法国科学家Emmanuelle Charpentier和美国科学家Jennifer A. Doudna，以表彰她们在“凭借开发基因组编辑方法”方面作出的贡献。

图片来自诺贝尔奖官网

2012年，在调查链球菌细菌的免疫系统时，这两位女科学家发现了被称为“基因魔剪”的CRISPR/Cas9（一种分子工具），它可对基因进行定点编辑。这种基因工具易于使用，可以改变动物、植物和微生物的DNA。

在医学上，基因剪刀为癌症的新免疫疗法以及遗传病治疗有广阔的应用前景，比如已有人在研究是否能用CRISPR/Cas9治疗镰状细胞性贫血和β地中海贫血等血液疾病和遗传性眼病。

此外，已有动物临床试验证明，经过特殊设计的病毒可以将“基因剪刀”传递给特定细胞，从而治疗致命性遗传疾病的模型，比如肌肉营养不良、脊髓性肌肉萎缩和亨廷顿舞蹈病。但该技术还需要进一步完善，才能在人体上进行测试。

目前基因编辑技术是基因治疗药物的核心。而基因治疗在临床中正在显示应用前景：2015年，荷兰生物制药公司uniQure研发的Glybera成为欧洲首个被推荐上市的基因治疗药物，用于治疗家族性高乳糜微粒血症；2017年，美国FDA批准诺华公司的Kymria用于治疗某些儿童和青少年患者的急性淋巴细胞白血病。

另外，基因编辑技术已成为植物育种的标准工具，比如通过CRISPR?技术改造水稻从土壤吸收重金属的基因，降低镉和砷的含量。还有公司已经开发出能在温暖的气候下更好地抵抗干旱、昆虫和害虫的作物，比如陶氏化学公司利用?CRISPR?技术种植玉米和大豆，使得它们不必使用化学杀虫剂就能驱虫，并提高了作物对除草剂的耐受力。

近年来，以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术已成为生命科学领域的关注焦点。除了此次获奖的科学家Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna，此前的获奖热门人选华人科学家、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George Church与此次诺奖失之交臂。

和前者提出CRISPR/Cas9的理论基础相比，张锋则在申请专利方面先行一步，他通过证明临床试验记录而第一个得到了相关专利。他和博德研究所在美国拥有CRISPR/Cas9技术应用于所有真核生物（包含植物、动物和人类）的专利，这也是CRISPR技术商业化最为核心的专利之一。

前诺奖得主、麻省理工学院教授Phillip Sharp曾认为，基于CRISPR的基因编辑技术有四个关键的发现者：Emmanuelle Charpentier、Jennifer A. Doudna、George Church和张锋。mmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna的贡献属于纯生物化学领域，而后两者则在活体细胞中成功应用CRISPR，为医学的应用铺平了道路。由于同个奖项最多颁发给三人，他认为诺贝尔化学奖可以颁给Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna，而生理或医学奖给George Church和张锋。

基因编辑技术发展的重要节点

实际上，基因编辑已经经历了多次变革。1987年，日本的研究人员在研究大肠杆菌的碱性磷酸酶基因时，意外发现了一些重复序列，当时并不清楚这些序列的功能，也没有继续深入研究。

2002年，这种重复序列被命名为成簇的规律间隔性短回文重复序列（CRISPR）。随着研究的深入，有研究者推测这些CRISPR可能和DNA的修复有关。

2005年，有研究团队发现CRISPR中的间隔序列（spacer）与噬菌体和质粒具有同源性，并推测CRISPR和相关蛋白（Cas）与免疫有关，可能用来抵御外来的遗传物质。

直到2012年，Emmanuelle Charpentier和Jennifer A. Doudna对不同的?CRISPR相关蛋白进行了研究，阐明了DNA空格序列在细菌的免疫防御机制中的具体作用机制。不过她们逐渐锁定了Cas9这种蛋白上，因为依赖Cas9蛋白的CRISPR系统要比其它CRISPR系统更简单。

根据《科学》杂志报道，Charpentier?和Doudna发现，Cas9蛋白是一种能够降解DNA分子的核酸酶（nuclease），其中含有两个酶切活性位点，每一个位点负责切割DNA双螺旋中的一条链。而且这两个课题组还发现，他们可以在不破坏Cas9蛋白与特异性DNA靶点结合能力的前提下，使Cas9蛋白中的一个、或者两个酶切位点失活。

该研究成果对于将CRISPR系统应用于基因组改造工作意义重大。据?Doudna回忆，仅仅需要一种酶再搭配各种?RNA就够了，这种技术要比之前的方法简单多了。

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