基因编辑|“基因魔剪”背后的专利之争:基因编辑“一哥”张锋为何无缘诺奖？
赢了官司却输了诺奖？
北京时间2020年10月7日下午 ， 诺贝尔奖化学奖正式揭晓 ， 加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和德国马普感染生物学研究所教授埃马纽尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）成为该奖项历史上第六、第七位女性获得者 ， 获奖理由是“发明了一种基因组编辑的方法” 。 
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诺奖委员会说道 ， 杜德纳和卡彭蒂耶开发了基因技术中最锐利的工具之一：CRISPR-Cas9“基因剪刀” 。 利用这项技术 ， 研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA 。 这将对生命科学产生革命性的影响 ， 可以帮助研究者开发新的癌症疗法 ， 并使治愈遗传疾病的梦想成为现实 。
作为这项研究的先驱女性化学家 ， 杜德纳早在2012年就和另一位科学家卡彭蒂耶率先提出了CRISPR-Cas9用于基因组的可编程编辑 ， 被认为是生物学史上最重要的发现之一 。
2014年在波多黎各的一次研究会议上 ， 卡彭蒂耶认识了杜德纳 ， 随后两人一同开展研究 。 CRISPR-Cas9技术从默默无闻到如今获奖 ， 为世界所关注 ， 是对基础科研工作的肯定 ， 也是对两位女性在化学领域所作出贡献的肯定 。
01“魔剪”CRISPR-Cas9的前世今生
CRISPR是Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats（成簇规律间隔短回文重复序列）的首字母缩写 ， 为基因组DNA上的一段特殊序列 ， 源于细菌及古细菌中一种获得性免疫系统 ， 能够识别出入侵细菌的病毒 ， 并通过一种特殊的酶破坏入侵病毒 。
早在1987年 ， CRISPR就被日本科学家发现 ， 但直到杜德纳和卡彭蒂耶开始研究 ， 发现了一种名叫Cas9的蛋白 ， CRISPR才显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力 ， 在农业、生物医药和人类健康方面发挥着极大的功用 。
2012年 ， 杜德纳和卡彭蒂耶在《科学》杂志上发表了第一篇研究论文 ， 提出两人带领的团队纯化了Cas9蛋白 ， 首次在体外证明了使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链 ， 指出CRISPR在活细胞中有修改基因的能力 。
科学家通过CRISPR可以高效、精确地改变、编辑或替换植物、动物甚至是人类身上的基因 ， 经过改造的CRISPR技术被广泛应用于农业和生物医药领域 。 由于简单、廉价和高效 ， CRISPR已经成为全球最为流行的基因编辑技术 ， 被称为编辑基因的“魔剪” 。 
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02CRISPR–Cas9如何运作？
成簇、规律间隔的短回文重复序列——CRISPRs中分布着细菌从侵入体内的病毒上获取的特殊DNA片段 ， 用于对入侵病毒进行基因标记识别 。
科学家如果想改变或去除一个基因 ， 最先进的方法 ， 是定制一种能找到特定DNA位点并对其进行切割的酶 。 每修饰一次基因 ， 科学家都不得不设计一种新的蛋白 ， 专门针对想要修饰的DNA序列 。 但杜德纳和卡彭蒂耶意识到 ， Cas9蛋白——这种链球菌用于免疫防卫的酶 ， 会用RNA来引导自己找到目标DNA 。 为了探测作用位点 ， Cas9-RNA复合物会在DNA上不停“扫描” ， 直到找到正确的位点 。
Cas9蛋白的每次扫描 ， 都是在搜索同一段短小的“信号”序列 。 Cas9会附着到DNA上 ， 检测邻近序列是否和充当向导的RNA匹配 。 这种RNA叫做向导RNA（guide RNA ， 简称gRNA） ， 而只有当gRNA和DNA匹配时 ， Cas9蛋白才会对DNA进行切割 。
通过设计导向RNA ， 使之与细胞基因组的特定位点相结合 ， 研究者们可以将Cas酶定位到他们感兴趣的基因位点进行切开 ， 常用的Cas酶类型是Cas9 。 DNA切开将引发DNA的修复 ， 从而使我们能够对这一兴趣位点进行精确编辑 。
03 CRISPR-Cas9带来的影响与伦理问题
CRISPR-Cas9被研究人员运用在探索艾滋病、阿尔茨海默病、精神分裂症等疾病的治疗方法 。 利用CRISPR/Cas9技术 ， 科学家可以对人造血干细胞进行基因编辑 ， 由此实现让干细胞在动物模型中长期稳定地重建造血系统 ， 且其产生的外周血细胞具有抵御艾滋和白血病能力 。
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