118全球新闻网 | 118news.com.au

 找回密码

搜索
ACNW QR CODE
ACNW WECHAT QR CODE

切开DNA的魔剪,编辑基因组!揭开诺贝尔化学奖背后的秘密

2020-10-9 09:54| 发布者: yan | 评论: 0 |来自: 华尔街见闻

导读: 近年来火热的CRISPR基因编辑系统,帮助两位女性科学家斩获了诺贝尔化学奖。这一革命性的发现为整个生物技术领域提供了无限可能。


当地时间10月7日,瑞典皇家科学院常任秘书戈兰·汉松宣布,将2020年诺贝尔化学奖授予Emmanuelle Charpentier和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,两位获奖者将分享1000万瑞典克朗奖金(约合760万人民币)。

Jennifer Doudna现为加州大学伯克利分校分子和细胞生物学及化学教授,以及霍华德·休斯医学研究所的研究员,她与同事、德国柏林马克斯·普朗克感染生物学研究所所长Emmanuelle Charpentier于2012年研究发现了CRISPR-Cas9基因编辑技术。

两名研究者此前已因该突出贡献获得了以色列2020年沃尔夫医学奖,该奖项长期以来被认为是诺贝尔奖的风向标之一。

01 CRISPR背后的秘密

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。

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集”(Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats)。不过它的缩写好记多了,它就是CRISPR。

为了寻找CRISPR序列的功能,Mojica教授每天都在数据库里痛苦地搜索,想要发现这些奇怪序列的意义。2003年,大海捞针般的探索,还真的给他找到了一片新天地!Mojica教授发现,一些大肠杆菌内的CRISPR序列,与一种叫做“P1噬菌体”的病毒的序列高度吻合。

顾名思义,噬菌体是一种能够“吃掉”细菌的病毒,这一种噬菌体也的确能够攻击大肠杆菌。但有意思的是,Mojica教授所研究的这批大肠杆菌,竟能完全不受P1噬菌体的感染!

Mojica教授立刻意识到,这与人类的免疫系统何其相似!在人体里,免疫系统会记住过去遇到过的病原体的模样。等到病原体入侵时,就会对其发起攻击。而在大肠杆菌细胞内,CRISPR序列也同样能让细菌记住噬菌体的模样,抵抗病毒的感染。

在接下来的几年里,科学家们对CRISPR序列的作用做了进一步的完善,并阐明了它的详细机理。原来在病毒感染细菌后,CRISPR序列会喊来帮手,形成一个具有核酸切割能力的复杂结构,并最终切断病毒的DNA。对于细菌来说,这是从源头清除病毒感染的好方法。

但对生物学家来说,这套细菌的“免疫系统”,让他们看到了精准切割DNA的希望!或许,它能被开发成为一种高效的基因编辑方法。

2012年,维也纳的Emmanuelle Charpentier教授与加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的Jennifer Doudna教授在《科学》杂志上发表了她们的发现,确认她们所设计的CRISPR-Cas9基因编辑系统(Cas9是一种能切割DNA的内切酶)能在DNA的特定部位“定点”切开口子。在论文中,她们也指出将来有潜力利用这个系统,对基因组进行编辑。

Emmanuelle Charpentier教授与Jennifer Doudna教授报道的CRISPR基因编辑系统

02 争议与发展

作为基因技术中最锐利的工具之一,CRISPR/Cas9”基因剪刀”可以方便研究人员精确地改变动物、植物和微生物的DNA。她们的研究为发现治疗当前不治之症的新方法铺平道路,从而使医学产生革命性的变化。

基因编辑是一种永久改变DNA的方法,可以从根源上解决基因疾病。它还可以广泛用于其他用途——从攻击蚊子身上的疟疾到培育更耐寒的作物。CRISPR则是一种工具,它帮助研究者在活细胞内精确地找到一段DNA,并将其切片,使科学家能够打开或关闭基因,修复或替换它们。它已经被用于实验室,并在治疗癌症和其他疾病的早期测试中。

与以往的基因组编辑技术相比,CRISPR/Cas9在疾病治疗前景优势非常明显:它的设计和制造极其简单,技术门槛很低(只需要设计一段几十个碱基构成的CRISPR序列);它的打击效率非常高,甚至可以实现一次发射、多重打击(可以一次基因治疗使用多个CRISPR片段,同时修改几个疾病位点);它的打击方式更加多样化(人们已经证明,使用CRISPR、Cas9技术,可以对特定基因组位点实现删除、修复、替换等等功能)。

高效便捷也使得CRISPR/Cas9技术具备广泛的市场价值。

有市场分析认为,几年之内以CRISPR为基础的基因组编辑市场会达到每年数十亿美元的市场规模。而更乐观的估计则认为,这是一个年销售额接近500亿美元的庞大市场。

巨大的市场价值也使得围绕着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。

热门新闻 Hot
关闭

友情推荐上一条 /2 下一条

手机版|Archiver| 澳洲新闻在线  

Copyright © 2012 - 2020 | All Rights Reserved.

Powered by Website Design Sydney

返回顶部