深度解读：2020年诺贝尔奖授予CRISPR-CAS9基因编辑技术

2020年10月7日，斯德哥尔摩皇家科学院已决定将2020年诺贝尔化学奖授予比利时马克斯·普朗克病原学学术所长的Emmanuelle Charpentier助手以及一新泽西州加州国立大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna助手，以卓越她们在细胞内质主编领域的成就。

关于两位科学界

Emmanuelle Charpentier，1968年显现出出生法国奥尔维畔尤波尔。1995年取得法国巴黎时经学术所长文学士，迄今为马克斯·普朗克病原学学术所长主任。Jennifer A.Doudna，1964年出生一新泽西州克利夫兰特区。助手1989年就读于于一新泽西州波士顿耶鲁医学院。一新泽西州加州国立大学伯克利分校教授，戴维斯·鲍尔医学学术所长副学术研究员。

2002年， Emmanuelle Charpentier在奥地利国立大学更名自己的学术研究的小组时，她集中精力于对一个人体造成仅次于直接影响的微生物之一：乙型肝炎病原体。每年，乙型肝炎病原体感染数以百万计的人，常见征状以外扁桃体炎和脓疱在内，并不一定较易康复。但是，它也可能破坏体内的骨头，并且导致危及一个人的败血症的发生。为了好处地了解到乙型肝炎病原体，Charpentier期盼下决心学术研究这种微生物的细胞内质是如何开展诱导的。这项决定带入了细胞内质主编关键技术的起点。

2006年，Jennifer Doudna助手指派的加州国立大学伯克利分校学术研究的小组仍要致力于 “RNA抑制” 现象的学术研究。多年以来，学术研究职员一直并不认为他们不太可能掌握了RNA的大体功能，但在此期间突然注意到了许多一新型的小RNA水分子，它们更较易通气细胞膜之中的细胞内质活性。

微生物的古老的“免疫控制系统”

Doudna助手的同事，一名水分子生物学家，无意间向Doudna讲述了一项一新注意到：当学术研究职员相对差异巨大的微生物以及古微生物的突变物质时，他们注意到其之中的DNA助于复核酸保存得极为好。相异的字符一遍又一遍地显现出现，但是其之中又有有所不同的核酸。就像在书之中的每个句子中间助于复相异的单词一样。

这些助于复核酸称为“成簇的规则时间延迟的略长回文助于复核酸（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）”，略称为CRISPR。由于CRISPR之中独特的非助于复的核酸似乎与各种狂犬病的突变密码相一致，因此学术研究者们并不认为这是微生物的古老免疫控制系统的一以均，可以确保微生物和古微生物易受狂犬病侵害。如果微生物成功地抗击了感染，它会将一以均狂犬病的突变密码掺入到其细胞内质组之中，作为对感染的记忆。

虽然还没有人人只想到其之中的水分子为了让性，但局限性的大体论据是：微生物通过RNA抑制的为了让性达到之中和狂犬病的借此。

复杂的水分子为了让性研究成果

如果微生物被证明可能存在古老的免疫控制系统，那么未来会带入科学界很助于要的注意到，为此Doudna助手的好奇心开始生起，并且开始研习有关CRISPR控制系统的一切科学。

确信，除CRISPR核酸均，微生物内部还存在一种被称为CRISPR相关，略称为cas的类似细胞内质。Doudna助手注意到这些细胞内质与区块专门常用解链和研磨DNA的细胞内质的细胞内质极为相似。那么Cas细胞内否有着相异的功能，它们能否研磨狂犬病DNA就带入了一一新问题。

几年后，Doudna助手指派的学术研究的小组成功地探究了几种有所不同的Cas细胞内的功能。同时，该控制系统也随之被其它学术研究的小组注意到。微生物的免疫控制系统可以采取极为有所不同的大体。所示展示了有所不同类型的 CRISPR / Cas控制系统管理工作为了让性。Doudna助手所学术研究的CRISPR / Cas控制系统属于1类；这是一个复杂的为了让性，所无需许多有所不同的Cas细胞内来清除狂犬病。第2类控制系统极为简单，因为它们所无需的细胞内质更为少。在世界的另一边， Emmanuelle Charpentier助手没多久遇到了这样的控制系统。

CRISPR控制系统的难题

Emmanuelle Charpentier以前居于在奥地利，但在2009年，她移居到斯德哥尔摩北部的Umeå国立大学，以外良好的学术研究机遇。很多人劝告她不要荒凉的地方，但是她并不认为Umeå国立大学当地连续不断而守护者的夏天让她有长期的平淡穷困，这对于开展科学学术研究是颇为助于要的。

在病原微生物学术研究管理工作的同时，Charpentier对直接参与细胞内质诱导的小RNA水分子热衷于。通过与法兰克福的学术研究职员合作关系，Charpentier等人乙型肝炎病原体内部的小RNA开展了显现出发点。这种微生物之中大量存在的小RNA水分子之一在此之前从未被报道，并且其突变密码极为相近于细胞内质组之中的CRISPR核酸。

通过总括它们的突变密码，Charpentier注意到这一一新型的小RNA水分子的一以均与CRISPR细胞内质之中的助于复核酸存在以均最简单。

虽然在此之前Charpentier从未带入过CRISPR控制系统。但她的学术研究的小组通过一系列下决心的水分子生物学检测管理工作，对乙型肝炎病原体之中的CRISPR控制系统开展显现出发点。根据迄今的学术研究，已知该控制系统属于2类，即仅无需一个Cas细胞内Cas9即可达到抗病毒氢化狂犬病DNA的借此。Charpentier的学术研究同时证明，未知的RNA水分子（称为不饱和酪氨酸的crisp RNA（tracrRNA））对于CRISPR的功能实现有着关键的涵义。它可以帮助细胞内质组之中的CRISPR核酸转录产生的长RNA水分子机械加工为明朗的，有着活性的大体。

经过深入而有针对性的科学学术研究后， Charpentier助手在2011年3月登载了其关于tracrRNA的注意到。尽管她在水分子生物学总体以外多年科学科学，但是在再次学术研究CRISPR-Cas9控制系统总体，她期盼与极为机械工程的科学界合作关系。Jennifer Doudna助手因此带入了自然地的为了让。Charpentier被拜会参加在多米尼加共和国举行的一次内阁会议时，两位科学界开展了一次历史性的会面。

多米尼加共和国的咖啡馆里头的会谈变动了“一个人”

内阁会议的第二天，她们经同事介绍在一家咖啡馆见面。第二天， Charpentier拜会Doudna助手等人在多米尼加共和国的原先城区玩乐，顺便深入国际交流彼此的学术研究。Charpentier只想只想到Doudna否对这一合作关系热衷于，否只想学术研究乙型肝炎病原体的细胞内质主编控制系统。

Jennifer Doudna对此很热衷于，他们和他们的同事们通过二进制内阁会议为该项目制定了计划。他们猜测微生物所无需CRISPR-RNA来显现出发点狂犬病的DNA核酸，而Cas9则是最终绕过DNA水分子的棍子。但是，当他们在体均开展验证时，却没有人受益考虑到的结果。

经过大量的精明风暴和大量失败的科学学术研究之前，学术研究职员再一将tracrRNA掺入到他们的控制系统之中。在此之前，他们并不认为只有在将CRISPR-RNA研磨成其活性大体亦同所无需tracrRNA（图2）。当Cas9取得tracrRNA时，每个人都在继续前进的结果再一发生了：DNA水分子被研磨成两以均。

划时代的科学学术研究

学术研究职员决定尝试对“突变棍子”开展一般化。来开展他们对tracr-RNA和CRISPR-RNA的一新见解，他们成功地将两者融合为一个水分子，并将其命名为“Guide RNA”。常用这种突变棍子的一般化仍要式版，他们开展了一项划时代的科学学术研究：否可以控制这种突变机器，以便在任意一段距离研磨DNA。

到此时，学术研究职员只想到他们不太可能颇为相近借此。他们从Doudna助手科学学术所长的雪柜之中取得了一个细胞内质，并为了让了五个可以研磨的口腔。然后，他们变动棍子的CRISPR以均，以使其字符与要开展研磨的口腔的核酸相一致。结果证明， DNA水分子能够在仍要确的一段距离被研磨。

细胞内质棍子变动了信息科学

在Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna在2012年注意到CRISPR / Cas9细胞内质棍子后之前，其它几个学术研究的小组证明该机器可常用修饰果蝇和一个人体细胞膜的细胞内质组，从而导致其爆炸性的发展。在此之前，变动细胞膜，药用植物或糖类之中的细胞内质是一项极为耗时，有时甚至是不可能的未完成的管理工作。常用CRISPR细胞内质主编机器，学术研究职员原则上可以在他们只想要的任何细胞内质组之中开展研磨。在此期间，很较易来开展细胞膜的天然控制对系统DNA开展翻修，从而实现细胞内质的“助于并不一定”。

由于这种细胞内质机器极为容易常用，因此在根基学术研究之中受益了相当多的领域。例如它可以常用变动细胞膜和科学学术研究鸟类的DNA，以了解到有所不同细胞内质如何起起到和电磁场。

细胞内质棍子也已带入药用植物一新品种的标准机器。学术研究职员以前用来修饰药用植物细胞内质组的工具通常所无需掺入抗生素耐药性细胞内质。耕作农粮食作物时，存在这种抗药性发散到周围微生物的安全性。由于有了突变棍子，学术研究职员不再所无需常用这些原先工具，而是可以对细胞内质组开展极为精确的修饰。他们主编了使水稻从含水吸收助于金属的细胞内质，从而改良了水稻，使镉和砷酸度降低。学术研究职员还合作关系开发显现出了能够在较冷的气候下好处地抗击干旱，抗击蚂蚁和害虫的粮食作物。

在医学上，细胞内质棍子为癌症的一新免疫疗法做了成就，仍要在开展使梦只想成真的试验-均科手术突变性疾病。学术研究职员不太可能在开展临床试验，以学术研究他们否可以常用CRISPR / Cas9来均科手术镰状细胞膜性贫血和β地之中海贫血等血液疾病以及突变性风湿病。

他们还在合作关系开发翻修神经元和神经等大型器官之中细胞内质的工具。鸟类科学学术研究证明，经过类似其设计的狂犬病可以将突变棍子传递给所无需的细胞膜，从而均科手术毁灭性突变疾病的模型，例如神经腹泻，脑干性神经变小和萨默斯舞蹈病。但是，该关键技术所无需再进一步系统化，才能在人体上开展验证。

“细胞内质棍子”的力量所无需监管

除了其所有优点均，突变棍子也可能存在被滥用的安全性。例如，该机器可常用更名转细胞内质胚胎。但是，多年来，有控制细胞内质工程领域的立法和法令，其之中以外严禁以意味着突变变动的方式也修改一个人体细胞内质组。另均，涉及人畜的科学学术研究需要在开展委员会之前开展评议和批准。

可以应有的是：这些突变棍子直接影响着我们的人。我们将造成了一一新道德问题，但是这种一新机器可能更较易解决一个人体迄今造成了的许多关键时刻。通过Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna的一新注意到，信息科学成功带入了一个一新时代。当我们有着了在此之前不曾以外过的强劲能够后，将在未来探索信息科学“探险者”时做更为多伟大的注意到。（生物谷 Bioon.com）