基因剪刀：改寫生命密碼的工具
——解讀2020年諾貝爾化學獎

文／劉 霞 盧子建

10月7日，2020年諾貝爾化學獎被授予法國生物化學家埃瑪紐埃爾·沙爾龐捷和美國生物化學家珍妮弗·道德納，以表彰她們對新一代基因編輯技術CRISPR的貢獻。

諾貝爾獎委員會表示，這兩位科學家的發現非常重要——她們發現了基因技術中最強有力的工具之一：CRISPR/Cas9基因剪刀。使用這一技術，研究人員可以非常精準地改變動物、植物和微生物的DNA。這一技術對生命科學產生了革命性的影響，正在催生新的癌癥療法，并有可能使治愈遺傳性疾病夢想成真。

意外之喜

在卷帙浩繁的科學史上，有不少科學發現是“無心插柳”，發現這些基因剪刀工具也是意外之喜。

沙爾龐捷在對化膿性鏈球菌——一種對人類造成最大傷害的細菌進行深入研究的過程中，發現了一種以前未知的分子tracrRNA，她的研究表明，tracrRNA是細菌古老的免疫系統CRISPR/Cas9的一部分，該系統通過切割DNA來解除病毒的武裝。

2011年，沙爾龐捷發表了這一研究。同年，她開始與擁有豐富RNA知識的資深生物化學家珍妮弗·道德納攜手合作。在研究中，她們偶然注意到，在一種名叫Cas9的蛋白的加持下，CRISPR才能顯示出它作為基因組編輯工具的強大潛力。

這兩位女科學家共同努力，成功地在試管中重建了細菌的基因剪刀——CRISPR/Cas9，并簡化了其分子成分，使其更易于使用。隨后，她們對這一基因剪刀進行了重新編程——這是一個具有劃時代意義的實驗。這一剪刀天生就能識別病毒中的DNA，沙爾龐捷·道德納證明可以對其進行控制，實現對DNA的“定點”切割，而在DNA被切割的地方，科學家們可以容易地改寫生命的密碼。

這些研究成果顯著提升了基因編輯的效率，這兩位科學家也榮登《時代》周刊“2015年全球最具影響力100人”。

大顯身手

研究人員若想發現生命的內部運作原理，就需要修改細胞中的基因，這曾經是一項耗時、困難甚至有時不可能完成的工作，但借助CRISPR/Cas9基因剪刀，科學家們現在能在幾周內改變生命的密碼。

自從沙爾龐捷和道德納在2012年發現CRISPR/Cas9基因剪刀以來，有越來越多科學家開始使用這一工具。該工具在很多基礎研究領域“大顯身手”，比如，植物研究人員已經借助這套工具開發出能夠抵抗霉菌、病蟲害和干旱的農作物。在醫學領域，創新型癌癥療法的臨床試驗正在進行中，能夠治愈遺傳性疾病的夢想即將實現。

正如諾貝爾化學委員會主席克拉斯·古斯塔夫森所說：“這種基因工具擁有強大的力量，影響我們所有人。它不僅使基礎科學發生了革命性的變化，而且還制造出了新奇的作物，并將催生開創性的新療法來治愈很多疾病”。

CRISPR/Cas9基因編輯系統是本世紀最重要的生物學發現之一。2015年，《科學》雜志將其評為年度十大科學突破之一，并高居榜首。這一基因剪刀將生命科學帶入了一個新時代，并在許多方面為人類帶來了最大福祉——而獎勵那些給人類帶來最大福祉的技術人員和科學家，正是諾貝爾獎創立的初衷！