开发“基因剪刀”成就基因工程 两名女学者折桂诺贝尔化学奖

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诺贝尔委员会10月7日公布2020年诺贝尔奖化学奖得主,由卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)及杜德纳(Jennifer Doudna)获得,以表彰她们在开创基因工程的成就。

瑞典皇家科学院(the Royal Swedish Academy of Sciences)颁发奖项,2020年化学奖由法国微生物学及遗传学家卡彭蒂耶,与美国生物学家杜德纳获得。

基因是生物最基本的遗传单位,可视为构成地球所有生命“说明书”的材料。由不同基因组合“写成”的说明书指示着各种蛋白质的生产及运作,最终构成不同细胞、不同生物,人类亦不例外。

要研究不同基因组合,也就是生命内部的运作原理,往往需要通过修改基因实现,但这在过去是一个非常耗时且困难的工作。这两名科学家发明的“CRISPR / Cas9”基因剪刀(CRISPR 剪刀),成功解决这个问题,开拓基因工程的大门。

从细菌击退病毒机制 意外发现“基因剪刀”

CRISPR的发现,是来自细菌。卡彭蒂耶在研究一种会致病的化脓链球菌时,发现一种未知的分子,名为“tracrRNA”。在进一步的研究,发现原来这是来自细菌的远古防御机制,用以击退入侵的病毒。

病毒会攻击细胞,细菌亦不例外,细菌其实也是病毒的攻击目标。但细菌不是人类,没有复杂的免疫系统,因此细菌演化出一种独特的防御机制———CRISPR。细菌会把入侵病毒的基因放到CRISPR中,再由名为Cas9的蛋白质辨别病毒的基因,Cas9后会协助侦察细菌内的DNA,是否隐藏着病毒的DNA片段,若找到则直接拆除。这种机制可成功让细菌阻截病毒复制,让细菌击退病毒。

但在卡彭蒂耶与杜德纳进一步的研究下,发现这个机制不只可以用来对付病毒,CRISPR / Cas9事实对任何基因片段均可辨识及产生反应。也就是说只要给予CRISPR / Cas9辨认一组基因,牠便可协助在DNA中,找出相应基因,如剪刀一样给剪出来,而且非常精准,毫无差错。

这个发现大大提升基因工程的效率和准确度,为往后研究带来重大贡献,同时让基因改造成为可能。如开发能够抵抗霉菌、病虫等的农作物、治疗疾病等等,开启基因工程的大门。

回顾诺贝尔化学奖

发明炸药致富的瑞典化学家诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel)1895年11月27日,立下遗嘱,以奖金表扬对人类有卓越贡献者。诺贝尔奖化学奖迄今已颁发111次、合计184人获奖,但获奖女性仅5人。

这个奖项2019年由德裔美籍化学家古迪纳夫(John Goodenough)、英国学者惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham),以及日本化学家吉野彰分享,以表扬他们对锂离子电池的研究。当年已届97岁的古迪纳夫更打破了2018年物理学奖得主阿什基恩(Arthur Ashkin)的纪录,成为最年长诺贝尔得奖者。

诺贝尔委员会表扬三人对于锂离子电池发展的贡献,并指锂离子电池为人类生命带来革命性转变。委员会指出,这种可充电电池为众多无线电子零件,例如手提电话和手提电脑等奠下基础;同时以电动汽车为例,指锂电池使无化石燃料的世界变得可能。