广度解读：2020年诺贝尔化学奖授予CRISPR-CAS9基因编辑技术

2020年10同月7日，瑞典皇家科学院已决定将2020年诺贝尔化学奖授予德国马克斯·史瓦西病原学研究成果所的Emmanuelle Charpentier芝加哥大学以及旧金山加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna芝加哥大学，以表彰她们在复合物质编辑各个领域的助益。

关于两位科学界

Emmanuelle Charpentier，1968年经常单单现居意大利奥尔维河畔普利弗利。1995年获得意大利巴黎巴斯德研究成果所芝加哥大学学位，现有为马克斯·史瓦西病原学研究成果室副校长。Jennifer A.Doudna，1964年现居旧金山华盛顿哥伦比亚特区。芝加哥大学1989年毕业于旧金山波士顿哈佛附属医院。旧金山加州大学伯克利分校客座教授，戴维斯·休斯现代医学研究成果所研究成果员。

2002年， Emmanuelle Charpentier在苏黎世大学更名自己的研究成果工作组时，她专注于对有机体造成最大影响的病原体之一：风湿病菌株。每年，风湿病菌株感染数以百万计的人，典型症状包括扁桃体炎和脓疱在内，并不一定容易治愈。但是，它也或许破坏体内的软组织，并且引发构成威胁养命的败血症的发养。为了更加好地了解风湿病菌株，Charpentier渴望彻底研究成果这种养物体的复合物质是如何顺利完成调控的。这项决定带入了复合物质编辑该系统设计的起点。

2006年，Jennifer Doudna芝加哥大学领导的加州大学伯克利分校研究成果工作组正致力于 “RNA妨碍” 自然现象的研究成果。多年以来，研究成果岗位人员一直忽视他们已经掌握了RNA的基本特性，但此后忽然推断单单了许多新的型的小RNA底物，它们更容易抑制细胞核中都的复合物质活性。

养物体的4世纪的“免疫该系统”

Doudna芝加哥大学的同事，一名微养物学家，无意间向Doudna述说了一项新的推断单单：当研究成果岗位人员比较差异不小的养物体以及古养物体的遗传学物质时，他们推断单单其中都的DNA反复核苷酸遗留得更加加好。相近的文档一遍又一遍地经常单单现，但是其中都又有并不相同的核苷酸。就像在文中中都的每个句子之间反复相近的词汇一样。

这些反复核苷酸称做“成簇的规则间隔的短回文反复核苷酸（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）”，直译为CRISPR。由于CRISPR中都独特的非反复的核苷酸似乎与各种病原的遗传学密码除此以除此以外，因此研究成果者们忽视这是养物体的4世纪免疫该系统的一大部分，可以保护养物体和古养物体免受病原扰乱。如果养物体取得成功地抵抗了病原感染，它会将一大部分病原的遗传学密码去掉到其复合物质组中都，作为对感染的记忆。

虽然还没知道其中都的底物更容易，但当前的基本假设是：养物体通过RNA妨碍的更容易降至中都和病原的借以。

复杂的底物更容易图谱

如果养物体被证明确实依赖于4世纪的免疫该系统，那么将会带入学界很最重要的推断单单，为此Doudna芝加哥大学的好奇心开始养起，并且开始进修有关CRISPR该系统的一切知识。

事实证明，除CRISPR核苷酸除此以外，养物体内部还依赖于一种被称做CRISPR相关，直译为cas的特殊性复合物质。Doudna芝加哥大学推断单单这些复合物质与字节专门用于解链和切割成DNA的复合物质的复合物质更加加相似。那么Cas复合物否较强相近的特性，它们能否切割成病原DNA就带入了新的的疑虑。

几年后，Doudna芝加哥大学领导的研究成果工作组取得成功地揭示了几种并不相同的Cas复合物的特性。同时，该该系统也陆续被其它研究成果工作组推断单单。养物体的免疫该系统可以采取更加加并不相同的基本上。图例展览了并不相同类型的 CRISPR / Cas该系统岗位更容易。Doudna芝加哥大学所研究成果的CRISPR / Cas该系统统称1类；这是一个复杂的更容易，能够许多并不相同的Cas复合物来清除病原。第2类该系统更加加简单，因为它们能够的复合物质更加少。在世上的另一边， Emmanuelle Charpentier芝加哥大学即将遇到了这样的该系统。

CRISPR该系统的难题

Emmanuelle Charpentier早期居住在苏黎世，但在2009年，她移居到瑞典北部的Umeå大学，以外良好的研究成果机会。很多人敦促她不必山区的地方，但是她忽视Umeå大学当地漫长而黑暗的冬天让她有长期的平静养活，这对于开展科学研究成果是极为最重要的。

在病原微养物研究成果岗位的同时，Charpentier对参与复合物质调控的小RNA底物感兴趣。通过与莱比锡的研究成果岗位人员共同研发，Charpentier等人风湿病菌株内部的小RNA顺利完成了聚焦。这种养物体中都大量依赖于的小RNA底物之一此前并未被报道，并且其遗传学密码更加加近似于于复合物质组中都的CRISPR核苷酸。

通过仔细分析它们的遗传学密码，Charpentier推断单单这一新的型的小RNA底物的一大部分与CRISPR复合物质中都的反复核苷酸依赖于大部分匹配。

虽然此前Charpentier从未接触过CRISPR该系统。但她的研究成果工作组通过一系列彻底的微养物学样品岗位，对风湿病菌株中都的CRISPR该系统顺利完成聚焦。根据现有的研究成果，已知该该系统统称2类，即仅需一个Cas复合物Cas9才可降至载体裂解病原DNA的借以。Charpentier的研究成果同时表明，未知的RNA底物（称做格氏试剂激活的crisp RNA（tracrRNA））对于CRISPR的特性发挥作用较强极为最重要的本质。它可以试图复合物质组中都的CRISPR核苷酸转录产养的长RNA底物加工为成熟的，较强活性的基本上。

经过系统地而有针对性的试验中后， Charpentier芝加哥大学在2011年3同月发表了其关于tracrRNA的推断单单。尽管她在微养物学方面以外多年经验，但是在继续研究成果CRISPR-Cas9该系统方面，她渴望与更加加专业的科学界共同研发。Jennifer Doudna芝加哥大学因此带入了自然环境的同样。Charpentier被邀请参加在巴哈马移师的一次大会时，两位科学界顺利完成了一次历史性的会见。

巴哈马的咖啡馆里头的会谈发生变化了“养命”

大会的第二天，她们经同事解说在一家咖啡馆两人。第二天， Charpentier邀请Doudna芝加哥大学等人在巴哈马的老城区游玩，顺便系统地交流彼此的研究成果。Charpentier渴望知道Doudna否对这一共同研发感兴趣，否渴望研究成果风湿病菌株的复合物质编辑该系统。

Jennifer Doudna对此有兴趣，他们和他们的同事们通过进制大会为该项目制定了计划。他们猜测养物体能够CRISPR-RNA来辨认病原的DNA核苷酸，而Cas9则是最终切断DNA底物的钳子。但是，当他们在体除此以外顺利完成测试者时，却没有给予预期的结果。

经过大量的头脑风暴和大量失败的试验中后来，研究成果岗位人员总算将tracrRNA去掉到他们的该系统中都。此前，他们忽视只有在将CRISPR-RNA组合成其活性基本上时才能够tracrRNA（图2）。当Cas9获得tracrRNA时，每个人都在才会的结果总算发养了：DNA底物被组合成两大部分。

划时代的试验中

研究成果岗位人员决定尝试对“遗传学钳子”顺利完成简便。透过他们对tracr-RNA和CRISPR-RNA的新的论点，他们取得成功地将两者融合为一个底物，并将其名为为“Guide RNA”。用于这种遗传学钳子的简便版本，他们顺利完成了一项划时代的试验中：否可以高度集中这种遗传学步骤，以便在任意位置切割成DNA。

到此时，研究成果岗位人员知道他们已经极为近似于借以。他们从Doudna芝加哥大学试验中室的冰箱中都获得了一个复合物质，并同样了五个可以切割成的口腔。然后，他们发生变化钳子的CRISPR大部分，以使其文档与要顺利完成切割成的口腔的核苷酸除此以除此以外。分析表明， DNA底物并不能够在正确的位置被切割成。

复合物质钳子发生变化了养命科学

在Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna在2012年推断单单CRISPR / Cas9复合物质钳子后不久，其它几个研究成果工作组证明该步骤可用于；也小鼠和有机体细胞核的复合物质组，从而引发其爆炸性的发展。此前，发生变化细胞核，动植物或养物体中都的复合物质是一项更加加耗时，有时甚至是不或许的完成的岗位。用于CRISPR复合物质编辑步骤，研究成果岗位人员并不一定可以在他们渴望要的任何复合物质组中都顺利完成切割成。此后，很容易透过细胞核的天然该系统对DNA顺利完成修复，从而发挥作用复合物质的“重定义”。

由于这种复合物质步骤更加加难于用于，因此在基石研究成果中都给予了广泛的应用。例如它可以用于发生变化细胞核和试验中动物的DNA，以了解并不相同复合物质如何起功用和相互功用。

复合物质钳子也已带入动植物育种的标准步骤。研究成果岗位人员以前用来；也动植物复合物质组的步骤并不一定能够去掉抗养素抗性复合物质。作物农作物时，依赖于这种抗药性扩散到远处微养物的风险。由于有了遗传学钳子，研究成果岗位人员不再能够用于这些旧步骤，而是可以对复合物质组顺利完成更加加直观的；也。他们编辑了使水稻从土壤吸收重金属的复合物质，从而改良了水稻，使镉和汞含量降低。研究成果岗位人员还研发单单了并不能够在宁静的气候下更加好地抵抗干旱，抵抗寄生虫和害虫的作物。

在现代医学上，复合物质钳子为结核病的新的免疫疗法做单单了助益，正在顺利完成使自已的试验-治疗遗传学性疟疾。研究成果岗位人员已经在顺利完成临床试验，以研究成果他们否可以用于CRISPR / Cas9来治疗镰状细胞核性糖尿病和β波斯湾糖尿病等血液疟疾以及遗传学性眼病。

他们还在研发修复大脑和肌肉等大型器官中都复合物质的步骤。动物试验中表明，经过特殊性设计的病原可以将遗传学钳子传递给所需的细胞核，从而治疗毁灭性遗传学疟疾的模型，例如肌肉营养不良，脊髓性肌肉剧减和阿拉巴马舞蹈病。但是，该该系统设计能够进一步完善，才能在消化该系统上顺利完成测试者。

“复合物质钳子”的力量能够监管

除了其所有特点之除此以外，遗传学钳子也或许依赖于被不当的风险。例如，该步骤可用于始创转复合物质胚胎。但是，多年来，有高度集中复合物质工程应用的法律和法规，其中都包括禁止以允许遗传学发生变化的方式修改有机体复合物质组。另除此以外，关的猛兽的试验中必须在顺利完成委员会之前顺利完成审查和批准。

可以肯定的是：这些遗传学钳子影响着我们所有人。我们将引发新的的理性疑虑，但是这种新的步骤或许更容易解决有机体现有引发的许多挑战。通过Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna的新的推断单单，养命科学取得成功进入了一个新的时代。当我们较强了此前没人以外过的强而有力灵活性后，将在未来探索养命科学“新的大陆”时做单单更加多伟大的推断单单。（养物谷 Bioon.com）