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2020诺贝尔化学奖掐头去尾留中间 精选

已有 5963 次阅读 2020-10-8 08:38 |系统分类:观点评述

                                         2020诺贝尔化学奖掐头去尾留中间

2020诺贝尔化学奖颁发给了大名鼎鼎的crispre基因编辑,这是众望所归。然而获奖者却只有二人,既没有选择头,也没有选择尾,而是选择了中间。这样的评判自然有其道理,从中可以看出诺贝尔奖评审者高超学术鉴别水平,真真实实的慧眼识英雄!

1. crispre初现

1987年,日本学者Yoshizumi Ishino小组在分析大肠杆菌iap基因及周边序列时偶然发现了一段位于3’端存在含有29个核苷酸高度同源重复序列,它们被含32个核苷酸的序列间隔开,这是crispre的开端。

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                                      上面是最初发现的crispre重复序列

2. crispre复现及其功能发现

    然而日本人发现的这个重复序列有什么生物学意义,当时没有人知道,但Yoshizumi Ishino没有深入研究,只是将它作为一个有意思现象发表了,也没有引起学术界的重视和跟进研究。这个自然现象就这么默默无闻的躺在那里睡大觉了。一晃十多年过去了,2000年西班牙的微生物学家Francisco Mojica对嗜盐菌Haloferax mediterranei基因组序列进行分析时发现这种有规律的重复序列,这引起了他的重视和进一步研究,结果显示这段序列在细菌和古细菌中广泛存在。2002年,荷兰学者Jansen等通过生物信息学分析发现了与crispre偶联蛋白Cas。cas蛋白质大多为核酸相关蛋白(可以切割DNA),且只有在CRISPR结构的基因组中存在。Jansen与Mojica将该系统命名为CRISPR-Cas系统CRISPR/cas(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。结构决定功能,这个重复结构到底有什么功能?2005年,Mojica等3个独立的小组通过生物学信息分析表明CRISPR的间隔序列spacer是外源DNA来源的,于是大家想到这可能对外来DNA具有免疫防御作用。2007年Horvath小组的Streptococcus thermophilus的实验证实了这一猜想。

3.crispre关联蛋白的发现

2008年,荷兰学者van der Oost小组发现CRISPR结构的转录本会被CasE蛋白切割成大量crRNA小分子,每个crRNA携带一个间隔序列RNA作为向导序列,指导Cas蛋白切割与其具有同源序列的噬菌体,因此推测CRISPR免疫的靶标分子是DNA。2010年,Moineau小组对嗜热链球菌Ⅱ型CRISPR系统进行研究,确定了该系统对外源质粒双链DNA上精确的切割位点,并且确认Cas9是介导靶序列切割所需的唯一蛋白。因此,到2010年对CRISPR-Cas系统免疫功能的作用机制已有了确切的认识,这为利用该系统发展基因编辑技术奠定了基础,就等大神出场了。

4. crispre/cas9基因编辑技术的形成

2011年,大神Charpentier出场了,该小组身手不凡,一开始就对酿脓链球菌Ⅱ型CRISPR-Cas系统进行了更加详细的深入的实验研究,他们发现在crRNA加工过程中一个关键的RNA组分反式激活crRNA(tracrRNA)。tracrRNA与crRNA序列匹配,可以在Cas9的帮助下招募RNaseⅢ对crRNA进行加工从而生成成熟的crRNA。他们的实验证实CRISPR核酸酶系统至少需要Cas9蛋白、成熟crRNA及tracrRNA。2012年,Charpentier和Doudna实验室合作,强强联合激发了更快更强效应。他们对该系统进行了简化,将tracrRNA与crRNA嵌合成一条单链向导sgRNA,只需sgRNA和Cas9蛋白两个组分即可靶向特定的序列,至此crispre/cas9这种高效简单的基因组编辑技术形成了。Charpentier和Doudna通过探索实验发现了原初的完整的生物学现象,提出了理论解释,揭秘了这种现象的机理,并利用这种生物学机理发明了一种崭新的基因编辑新技术,因而具有绝对的原创性和开拓性。

5. crispre/cas9应用的扩展

2013年,张锋实验室和Church实验室几乎同时将该技术应用于真核生物的基因组编辑。这两篇文章开启了CRISPR/cas9编辑真核生物细胞的新时代,意味着该技术可以应用于人类癌症等疾病的治疗。

6. 谁是功劳最大者?诺贝尔奖应该发给谁?

从上面的分析可知,在 crispre/cas9基因编辑的形成过程中,大师云集,大家各显神通,为该技术的诞生费尽了心血,但诺贝尔奖只会授予三人,到底谁是功劳最大者,这考验着诺贝尔奖评审者的眼力和智慧。让我们从头分析,日本学者Yoshizumi Ishino是最早发现该序列学者,是最原创者。西班牙的微生物学家Francisco Mojica最先认识到crispre的重要性,从结构到功能Mojica的贡献卓越。张峰和Church把该技术扩展到了人类疾病的应用,而且张峰在crispre专利争夺战中一举获胜,其对crispre基因编辑贡献卓著。但与Charpentier和Doudna相比,都不是最关键最核心的贡献。看来诺贝尔奖不是授予最初者,也不是扩展者,而是授予最关键最核心者。在此,关键核心贡献似乎大于优先权。

有观点认为:“立陶宛维尔纽斯大学Virginijus Šikšnys投稿在DoudnaCharpentier之前,但运气太差,连续被两次拒稿,否则卡彭蒂耶和杜德纳的论文就只能居第二”。实则不然,Virginijus Šikšnys没有认识到tracrRNA的重要作用,没有体外合成一个sgRNA引导链,而这一点则非常简单、实用、经济,离开了这一条件其实用价值就大打折扣了。所以Virginijus Šikšnys论文和Doudna/Charpentier的论文差一个层次,诺贝尔奖委员会没有授予Virginijus Šikšnys是有道理的。

巾帼双雄,这是诺贝尔奖史上第一次两位女性双双获得同一奖,又一次谱写了诺贝尔奖传奇!









2020年诺贝尔奖
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