10月7日，2020年諾貝爾化學獎花落兩位基因編輯技術CRISPR/Cas9的發(fā)明者：埃曼紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna），獲獎理由是“開發(fā)了一種基因編輯技術”。兩人將獲得1000萬瑞典克朗獎金（約合760萬人民幣）。

組委會在新聞稿中將CRISPR/Cas9稱作“基因技術中最銳利的工具之一”，利用這些技術，研究人員可以非常精確地改變動植物和微生物的DNA。這項技術對生命科學產(chǎn)生了革命性的影響，正在為新的癌癥療法做出貢獻，并可能使治愈遺傳疾病的夢想成真。

這是諾貝爾化學獎首次同時授予2名女性科學家。

CRISPR/Cas9基因剪刀

CRISPR-Cas9是一種基因編輯工具，其中Cas9酶就像一對能夠切割DNA鏈的分子剪刀。一旦酶在特定位點切割DNA，就可以進行插入和編輯，從而改變DNA序列。

CRISPR的全稱是“clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats”（即成簇、規(guī)律間隔的短回文重復序列）的縮寫。利用這種序列，細菌可以對侵襲過它的病毒產(chǎn)生“記憶”。自從日本科學家20世紀80年代末發(fā)現(xiàn)CRISPR之后，科學家就一直在研究這種奇怪的基因序列。然而，直到杜德納和卡彭蒂耶偶然注意到一種名叫Cas9的蛋白，CRISPR才顯示出它作為基因組編輯工具的巨大潛力。

諾貝爾化學委員會主席Claes Gustafsson說，“這種基因工具有著強大的力量，影響著我們所有人。它不僅使基礎科學發(fā)生革命性變化，而且產(chǎn)生了新的作物，并將帶來開創(chuàng)性的新療法?！?/p>

1968年，卡彭蒂耶出生于法國。她于1995年獲法國巴斯德研究所博士學位?，F(xiàn)任德國馬克斯普朗克病原體科學研究所主任。

1964年，杜德納生于美國華盛頓。1989年，杜德納獲美國波士頓哈佛醫(yī)學院博士學位?，F(xiàn)為美國加州大學伯克利分校教授，霍華德·休斯醫(yī)學研究所研究員。

基因剪刀：改寫生命密碼的工具

1953年，J.D.Watson和F.H.C.Crick提出了DNA的分子結構。此后，科學家們開始努力開發(fā)能夠操縱細胞和有機體遺傳物質(zhì)的技術。隨著CRISPR-Cas9的發(fā)展，科學家如今能夠在細胞和生物體內(nèi)修改DNA序列。這項技術在基礎科學、生物技術等領域得到了廣泛的應用。

作為一項具有驚人潛力的基因編輯技術，CRISPR-Cas9的發(fā)現(xiàn)是一個意外。諾貝爾獎組委會介紹，當卡彭蒂耶和杜德納開始研究鏈球菌的免疫系統(tǒng)時，他們認為自己可以開發(fā)出一種新的抗生素。意外的是，他們發(fā)現(xiàn)了一種新的分子工具，它可以用來在遺傳物質(zhì)上精確切割，使改變生命密碼成為可能。

鏈球菌對病毒的天然免疫系統(tǒng)：CRISPR/Cas9

2011年，杜德納開始與卡彭蒂耶合作發(fā)展CRISPR技術。一年后，兩人在《科學》雜志發(fā)表論文，首次分析了CRISPR基因編輯系統(tǒng)在試管中精確切割DNA的可行性。他們簡化了基因剪刀的分子組成，使這項技術更易于使用。

此后，CRISPR技術被不斷推廣。植物科學家用它開發(fā)出能夠抵御霉菌、害蟲和干旱的作物。醫(yī)學領域，新癌癥療法的臨床試驗正在進行。當前，科學家正在開展臨床試驗，研究是否可以使用CRISPR/Cas9治療鐮狀細胞貧血和β地中海貧血等血液疾病，以及遺傳性眼病。

需要注意的是，這項強大的基因編輯技術有可能被濫用。多年來，多國法律管控著基因工程的應用，其中包括禁止以遺傳改變的方式修改人類基因組，涉及人類和動物的實驗在開始之前必須經(jīng)過倫理委員會的審查和批準。世界衛(wèi)生組織近期成立了一個全球多學科專家小組，專注于審查與人類基因組編輯有關的科學、倫理、社會和法律挑戰(zhàn)，目的是為人類基因編輯制定一個全球治理框架。

專利與商業(yè)化

除卡彭蒂耶和杜德納外，還有幾位科學家也被認為是CRISPR技術發(fā)展過程中的重要貢獻者，例如麻省理工學院博德研究所的張鋒教授、哈佛大學醫(yī)學院的喬治·丘奇（George Church）、立陶宛維爾紐斯大學的生物化學家Virginijus Siksnys以及CRISPR基因編輯技術的發(fā)掘者和命名者、西班牙微生物學教授弗朗西斯·莫西卡。

1993年，莫西卡在研究一種生存在鹽堿環(huán)境的細菌時意外發(fā)現(xiàn)了其DNA的獨特重復結構，一種能夠抵抗病毒DNA侵入的免疫系統(tǒng)。后來，他陸續(xù)在20種細菌的DNA里面發(fā)現(xiàn)，通過這種系統(tǒng)細菌可以記憶入侵過的病毒，當該病毒再次入侵時，該系統(tǒng)會識別并切割病毒核酸。莫西卡把它命名為CRISPR，即群聚且有規(guī)律間隔的短回文重復序列。

2012年，杜德納與卡彭蒂耶在《科學》雜志上率先報道CRISPR能在試管中精確切割DNA。隨后，博德研究所張鋒領導的科研團隊在2013年2月的《科學》雜志刊文稱，他們將這一方法用在了真核細胞上——包括利用小鼠和人類細胞進行了試驗。

科學家們很快意識到CRISPR的巨大潛力，開啟商業(yè)化的道路，聞名學術界的“基因魔剪”專利之爭也隨之展開。

2012年5月，杜德納所在的加州大學伯克利分校向美國專利和商標局提交了與CRISPR相關的專利申請，同年12月，張鋒所在的博德研究所也提交了有關CRISPR基因編輯技術的專利申請。杜德納團隊在全球首次報道可運用CRISPR-Cas9系統(tǒng)在體外進行DNA片段的切割，但無詳盡的細胞實驗進行驗證；而張鋒團隊則是全球首次將CRISPR基因編輯技術在真核細胞中得以實現(xiàn)。

2018年9月10日，歷經(jīng)5年的“專利權爭奪大戰(zhàn)”塵埃落定，美國聯(lián)邦巡回上訴法院（CAFC）宣布將CRISPR基因編輯專利權授予給麻省理工學院張鋒教授團隊。

2013年，杜德納與張鋒、丘奇等人共同成立醫(yī)藥公司Editas Medicine。這家公司獲得了4300萬美元的風險投資，用于開發(fā)基于CRISPR的藥物，早期主要關注眼部疾病的治療。2018年，Editas Medicine得到了美國食品藥品監(jiān)督管理局批準的基因編輯臨床試驗許可。2016年，Editas Medicine在納斯達克上市。

不過，在張鋒取得CRISPR-Cas9的專利后，杜德納便離開了Editas Medicine。目前，該公司的科學創(chuàng)始人為張鋒、喬治·丘奇、J. Keith Joung和大衛(wèi)·劉。

除Editas Medicine外，另外兩家初創(chuàng)生物技術公司CRISPR Therapeutics和Intellia Therapeutics也看好CRISPR技術的商業(yè)化，專注于開發(fā)鐮刀型貧血癥藥物和癌癥療法等。