深度解读：2020年诺贝尔化学奖颁发CRISPR-CAS9基因编辑技术

2020年10年初7日，瑞典皇家科学院已暂时将2020年诺贝尔奖颁赠德国贝克·普朗克寄生虫学研究者组的Emmanuelle Charpentier教授以及加拿大宾夕法尼亚所学校伯克利分校的Jennifer A. Doudna教授，以表彰她们在DNA总编辑信息关键技术的表彰。

关于两位研究团队

Emmanuelle Charpentier，1968年出生于德国奥尔维河畔劳希亚。1995年赢取德国巴黎巴斯德研究者组教授学位，现有为贝克·普朗克寄生虫学研究者室主任。Jennifer A.Doudna，1964年生于加拿大林肯特区。教授1989年中学毕业于加拿大波士顿耶鲁医学院。加拿大宾夕法尼亚所学校伯克利分校教授，霍华德·鲍尔医学研究者组研究者员。

2002年， Emmanuelle Charpentier在布拉格所学校设立自己的研究者工作组时，她专注于对生命体造成最大因素的寄生虫体之一：化脓特质链球菌。每年，化脓特质链球菌细菌感染数以百万计的人，常见症状之外扁桃体炎和脓疱在内，往往难以治愈。但是，它也确实破坏体内的软组织，并且导致顾及全生命体的败血症的发生。为了来得好地了解化脓特质链球菌，Charpentier渴望完全研究者这种芽孢的DNA是如何进行时转录的。这项暂时被选为了DNA总编辑关键技术的起始。

2006年，Jennifer Doudna教授领导的宾夕法尼亚所学校伯克利分校研究者工作组恰巧积极直接参与 “RNA依赖特质” 现象的研究者。多年以来，研究者职员多年来并不认为他们仍未依靠了RNA的前提基本功能，但不久突然辨认出了许多一新型的小RNA分子可，它们最大限度调节巨噬细胞中所的DNA活特质。

芽孢的古老的“免疫该系统”

Doudna教授的上司，一名微生物学家，恰巧要向Doudna讲述了一项一新辨认出：当研究者职员比较差异特质极大的芽孢以及古芽孢的表现型物质时，他们辨认出其中所的DNA每一次DNA组留存得比较好。相近的代码一遍又一遍地出现，但是其中所又有完全相同的DNA组。就像在书中所的每个句子之间每一次相近的单字一样。

这些每一次DNA组叫做“成簇的的系统间隔的稍短由此可知每一次DNA组（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）”，全名为CRISPR。由于CRISPR中所独具的非每一次的DNA组似乎与各种HIV的氨基酸相匹配，因此研究者者们并不认为这是芽孢的古老免疫该系统的一外，可以保护芽孢和古芽孢免受HIV侵害。如果芽孢出乎意料地抵抗了HIV细菌感染，它会将一外HIV的氨基酸填充到其DNA中所，作为对细菌感染的记忆。

虽然还没人一切都是到其中所的分子可系统，但意味著的前提推论是：芽孢通过RNA依赖特质的系统超过中所和HIV的最终目标。

简单的分子可系统图谱

如果芽孢被假定确实发挥发挥作用古老的免疫该系统，那么则会被选为研究团队很关键特质的辨认出，为此Doudna教授的好奇心开始生起，并且开始学习有关CRISPR该系统的一切前提知识。

事实假定，除CRISPRDNA组外，芽孢实际上还发挥发挥作用一种被叫做CRISPR相关，全名为cas的特别DNA。Doudna教授辨认出这些DNA与编码专门运用于解链和整块DNA的受体质的DNA比较十分相似。那么Cas受体到底有着相近的基本功能，它们能否整块HIVDNA就被选为了一新的情况。

几年后，Doudna教授领导的研究者工作组出乎意料地揭示了几种完全相同的Cas受体的基本功能。同时，该该系统也下半年被其它研究者工作组辨认出。芽孢的免疫该系统可以采取比较完全相同的形式。下图演示了完全相同类型的 CRISPR / Cas该系统工作系统。Doudna教授所研究者的CRISPR / Cas该系统统称1类；这是一个简单的系统，无需许多完全相同的Cas受体来清除HIV。第2类该系统比较简单，因为它们无需的受体质来得再加。在当今世界的另一边， Emmanuelle Charpentier教授刚刚遇到了这样的该系统。

CRISPR该系统的难题

Emmanuelle Charpentier早期居住在布拉格，但在2009年，她搬到到瑞典中南部的Umeå所学校，占有良好的研究者渴望。很多人要求她不要偏远的之外，但是她并不认为Umeå所学校当地漫长而邪恶的冬天让她有长期的平静穷困，这对于筹划科学实验者是十分关键特质的。

在寄生虫微生物研究者工作的同时，Charpentier对直接参与DNA转录的小RNA分子可有意思。通过与斯图加特的研究者职员合作关系，Charpentier等人化脓特质链球菌实际上的小RNA进行时了取向。这种芽孢中所大量发挥发挥作用的小RNA分子可之一此前并未被一新闻报道，并且其氨基酸比较接近于DNA中所的CRISPRDNA组。

通过仔细分析它们的氨基酸，Charpentier辨认出这一一新型的小RNA分子可的一外与CRISPRDNA中所的每一次DNA组发挥发挥作用外匹配。

虽然此前Charpentier从未碰触过CRISPR该系统。但她的研究者工作组通过一系列完全的微生物学侦测工作，对化脓特质链球菌中所的CRISPR该系统进行时取向。根据现有的研究者，据信该该系统统称2类，即仅需一个Cas受体Cas9即可超过小分子降解HIVDNA的最终目标。Charpentier的研究者同时表明，未知的RNA分子可（叫做反式激活的crisp RNA（tracrRNA））对于CRISPR的基本功能做到有着暂时特质的本质。它可以借助DNA中所的CRISPRDNA组转录激发的长RNA分子可原材料为成熟的，有着活特质的形式。

经过侧重而有针对特质的实验后， Charpentier教授在2011年3年初刊发了其关于tracrRNA的辨认出。尽管她在微生物学总体占有多年经验，但是在在此之后研究者CRISPR-Cas9该系统总体，她渴望与来得加专业的研究团队合作关系。Jennifer Doudna教授因此被选为了自然的考虑。Charpentier被邀约举行在洪都拉斯举行的一次开会时，两位研究团队进行时了一次历史特质的会面。

洪都拉斯的旅馆里的会谈发生变化了“全生命体”

开会的第二天，她们经上司简述在一家旅馆拜访。第二天， Charpentier邀约Doudna教授等人在洪都拉斯的旧城区玩到，顺便侧重交流彼此的研究者。Charpentier一切都是一切都是到Doudna到底对这一合作关系有意思，到底一切都是研究者化脓特质链球菌的DNA总编辑该系统。

Jennifer Doudna对此很有意思，他们和他们的上司们通过数字开会为该项目制定了计划。他们猜测芽孢无需CRISPR-RNA来识别HIV的DNADNA组，而Cas9则是最终补给线DNA分子可的做成。但是，当他们在体外进行时次测试时，却很难得到预期的结果。

经过大量的聪明龙卷风和大量失败的实验在此之后，研究者职员终于将tracrRNA填充到他们的该系统中所。此前，他们并不认为只有在将CRISPR-RNA整块其活特质形式才将无需tracrRNA（图2）。当Cas9赢取tracrRNA时，每个人都在等待的结果终于发生了：DNA分子可被整块两外。

划时代的实验

研究者职员暂时尝试对“表现型做成”进行时简便。利用他们对tracr-RNA和CRISPR-RNA的一新见解，他们出乎意料地将两者融合为一个分子可，并将其定名为为“Guide RNA”。运用于这种表现型做成的简便发行版，他们进行时了一项划时代的实验：到底可以压制这种表现型物件，以便在任意位置整块DNA。

到此时，研究者职员一切都是到他们仍未十分接近最终目标。他们从Doudna教授的实验室的冰箱中所赢取了一个DNA，并考虑了五个可以整块的臀部。然后，他们发生变化做成的CRISPR外，以使其代码与要进行时整块的臀部的DNA组相匹配。结果表明， DNA分子可能够在恰巧确的位置被整块。

DNA做成发生变化了全生命体科学

在Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna在2012年辨认出CRISPR / Cas9DNA做成后不久，其它几个研究者工作组假定该物件可运用于结构上果蝇和生命体巨噬细胞的DNA，从而导致其爆炸特质的工业发展。此前，发生变化巨噬细胞，豆科植物或生物中所的DNA是一项比较耗时，有时甚至是不确实的完成的工作。运用于CRISPRDNA总编辑物件，研究者职员原则上可以在他们一切都是要的任何DNA中所进行时整块。不久，很难以利用巨噬细胞的天然该受控DNA进行时修复，从而做到DNA的“重定义”。

由于这种DNA物件比较易于运用于，因此在基础研究者中所得到了广为的应用。例如它可以运用于发生变化巨噬细胞和实验动物的DNA，以了解完全相同DNA如何起发挥作用和相互发挥作用。

DNA做成也已被选为豆科植物育种的标准物件。研究者职员之前用来结构上豆科植物DNA的方法通常无需填充抗生素抗特质DNA。耕种农作物时，发挥发挥作用这种抗特质扩散到周围微生物的危险特质。由于有了表现型做成，研究者职员不再无需运用于这些旧方法，而是可以对DNA进行时比较粗略的结构上。他们总编辑了使水稻从含水转化成硬核的DNA，从而小型化了水稻，使镉和砷含量降低。研究者职员还合作开发出了能够在温暖的气候下来得好地抵抗雨季，抵抗昆虫和杀虫剂的作物。

在医学上，DNA做被选为癌症的一新免疫疗法无论如何了表彰，恰巧在进行时使梦一切都是成真的飞行测试-治疗增生疟疾。研究者职员仍未在进行时临床飞行测试，以研究者他们到底可以运用于CRISPR / Cas9来治疗镰状巨噬细胞特质心血管疟疾和β地中所海心血管疟疾等血液疟疾以及增生皮肤病。

他们还在合作开发修复大脑和四肢等大型生殖器官中所DNA的方法。动物实验表明，经过特别设计的HIV可以将表现型做成传递给所需的巨噬细胞，从而治疗相当严重表现型疟疾的模型，例如四肢营养不良，静脉特质四肢萎缩和阿拉巴马舞蹈病。但是，该关键技术无需进一步完善，才能在人体上进行时次测试。

“DNA做成”的军事力量无需监管

除了其所有优点之外，表现型做成也确实发挥发挥作用被滥用的危险特质。例如，该物件可运用于创建转DNA胚胎。但是，多年来，有压制DNA工程应用的法规和法规，其中所之外严禁以允许表现型发生变化的方式修改生命体DNA。另外，涉及传染病的实验必须在进行时委员会之前进行时送审和批准。

可以肯定的是：这些表现型做成因素着我们没人。我们将面对一新的道德观情况，但是这种一新物件确实最大限度解决生命体现有面对的许多挑战。通过Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna的一新辨认出，全生命体科学出乎意料进入了一个一新时代。当我们有着了此前不曾占有过的有力能力后，将在愿景追寻全生命体科学“一探险者”时无论如何来得多伟大的辨认出。（生物谷 Bioon.com）