深度解读：2020年诺贝尔化学奖获得者CRISPR-CAS9基因编辑技术

2020年10年初7日，荷兰皇家科学院已同意将2020年诺贝尔化学奖授予德国贝克·玻尔寄养虫学该中心的Emmanuelle Charpentier耶鲁该大学以及American马那时候兰该大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna耶鲁该大学，以颁发她们在真核细胞编辑科技领域的建树。

关于两位研究小组

Emmanuelle Charpentier，1968年出出养于阿尔及利亚奥尔维河畔尤维克。1995年取得阿尔及利亚巴黎贝克曼该中心耶鲁该大学学位，现阶段为贝克·玻尔寄养虫学研究课题室副所较宽。Jennifer A.Doudna，1964年出养于American华盛顿特区。耶鲁该大学1989年考入于American巴尔的摩哈佛病理学院。American马那时候兰该大学伯克利分校研究课题员，霍华德·休斯病理学该中心研究课题员。

2002年， Emmanuelle Charpentier在柏林该大学组建自己的研究课题人小组时，她专注于对全人类引致最大制约的寄养虫体之一：化脓开放性寄养虫体。每年，化脓开放性寄养虫体染病数以百万计的人，常见症状有数扁桃体炎和脓疱在内，并不一定非常容易治愈。但是，它也可能会破坏体内的软组织，并且引致危及养命的败血症的愈演愈烈。为了更是好地了解化脓开放性寄养虫体，Charpentier想要彻底研究课题这种芽孢的真核细胞是如何来进行依赖性的。这项同意已是了真核细胞编辑运用于的起点。

2006年，Jennifer Doudna耶鲁该大学领导者的马那时候兰该大学伯克利分校研究课题人小组正致力于 “RNA干扰” 现象的研究课题。多年以来，研究课题医务人员一直忽视他们仍然掌握了RNA的基本机制，但不久没多久推断出了许多最初型的小RNA分子结构，它们适度平衡细胞当中的真核细胞活开放性。

芽孢的悠久的“肿瘤细胞”

Doudna耶鲁该大学的上司，一名细菌学家，碰巧向Doudna故事了一项最初推断出：当研究课题医务人员相比较关联性不小的芽孢以及古芽孢的真核细胞时，他们推断出其当中的DNA移位基因组保留得相当好。相同的字符一遍又一遍地用到，但是其当中又有相同的基因组。就像在注解当中的每个音节间移位相同的片语一样。

这些移位基因组称之为“成簇的规则等较宽的较短回文移位基因组（clustered regularly interspaced short palindromic repeats）”，英文为CRISPR。由于CRISPR当中独特的非移位的基因组也许与各种寄养虫体的遗传基因密码相匹配，因此研究课题者们忽视这是芽孢的悠久肿瘤细胞的一部份，可以保护芽孢和古芽孢免受寄养虫体侵害。如果芽孢出乎意料地抗击了寄养虫体染病，它会将一部份寄养虫体的遗传基因密码去除到其真核细胞组当中，作为对染病的记忆。

虽然还无法人真的其当中的分子结构必要，但当前的基本结论是：芽孢通过RNA干扰的必要达到当中和寄养虫体的借此。

简单的分子结构必要平面图谱

如果芽孢被断定确实存有悠久的肿瘤细胞，那么将会已是科学界很直要的推断出，为此Doudna耶鲁该大学的好奇心开始养起，并且开始学习有关CRISPR控制系统的一切分析方法论。

毫无疑问，除CRISPR基因组外，芽孢实际上还存有一种被称之为CRISPR相关，英文为cas的特别真核细胞。Doudna耶鲁该大学推断出这些真核细胞与编码主要用途主要用途解链和切出DNA的抗原质的真核细胞相当相似。那么Cas抗原应该很强相同的机制，它们能否切出寄养虫体DNA就已是了最初的情况。

几年后，Doudna耶鲁该大学领导者的研究课题人小组出乎意料地阐述了几种相同的Cas抗原的机制。同时，该控制系统也陆续被其它研究课题人小组推断出。芽孢的肿瘤细胞可以采取相当相同的范例。下平面图展览品了相同类型的 CRISPR / Cas控制系统指导工作必要。Doudna耶鲁该大学所研究课题的CRISPR / Cas控制系统仅指1类；这是一个简单的必要，须要许多相同的Cas抗原来清除寄养虫体。第2类控制系统相当简单，因为它们须要的抗原质更是不算。在21世纪的另一边， Emmanuelle Charpentier耶鲁该大学将要遇上了这样的控制系统。

CRISPR控制系统的新问题

Emmanuelle Charpentier早期居住在柏林，但在2009年，她举家到荷兰北部的Umeå该大学，握有较佳的研究课题机会。很多人建议她绝不会人烟稀不算的地方，但是她忽视Umeå该大学当地漫较宽而沉睡的冬天让她有较宽时间的平静养活，这对于卓有成效科学研究课题是相当直要的。

在寄养虫细菌研究课题指导工作的同时，Charpentier对积极参与真核细胞依赖性的小RNA分子结构感兴趣。通过与柏林的研究课题医务人员合作，Charpentier等人化脓开放性寄养虫体实际上的小RNA来进行了整合。这种芽孢当中大量存有的小RNA分子结构之一在此之前并未被报道，并且其遗传基因密码相当相似于真核细胞组当中的CRISPR基因组。

通过仔细分析它们的遗传基因密码，Charpentier推断出这一最初型的小RNA分子结构的一部份与CRISPR真核细胞当中的移位基因组存有部份匹配。

虽然在此之前Charpentier未曾碰触过CRISPR控制系统。但她的研究课题人小组通过一系列彻底的细菌学检测指导工作，对化脓开放性寄养虫体当中的CRISPR控制系统来进行整合。根据现阶段的研究课题，已知该控制系统仅指2类，即仅需一个Cas抗原Cas9才会达到小分子裂解寄养虫体DNA的借此。Charpentier的研究课题同时表明，确实的RNA分子结构（称之为反式介导的crisp RNA（tracrRNA））对于CRISPR的机制解决问题很强同意开放性的普遍开放性。它可以帮助真核细胞组当中的CRISPR基因组转录归因于的较宽RNA分子结构加工为明朗的，很强活开放性的范例。

经过侧直而有针对开放性的次测试后， Charpentier耶鲁该大学在2011年3年初登载了其关于tracrRNA的推断出。尽管她在细菌学方面握有多年实战经验，但是在之后研究课题CRISPR-Cas9控制系统方面，她想要与更是加管理学的研究小组合作。Jennifer Doudna耶鲁该大学因此已是了自然环境的选择。Charpentier被请来参加在尼加拉瓜开幕的一次小组会议时，两位研究小组来进行了一次历史开放性的会面。

尼加拉瓜的咖啡厅那时候的会谈发养变化了“养命”

小组会议的第二天，她们经上司引介在一家咖啡厅拜访。第二天， Charpentier请来Doudna耶鲁该大学等人在尼加拉瓜的旧城区游玩，跑去侧直交流彼此的研究课题。Charpentier想要真的Doudna应该对这一合作感兴趣，应该想要研究课题化脓开放性寄养虫体的真核细胞编辑控制系统。

Jennifer Doudna对此有兴趣，他们和他们的上司们通过倍数小组会议为该单项制定了著手。他们猜测芽孢须要CRISPR-RNA来识别寄养虫体的DNA基因组，而Cas9则是再度切断DNA分子结构的钉。但是，当他们在胃来进行测试时，却无法取得考虑到的结果。

经过大量的却是风暴和大量失败的次测试在此之后，研究课题医务人员终于将tracrRNA去除到他们的控制系统当中。在此之前，他们忽视只有在将CRISPR-RNA切出成其活开放性范例才将须要tracrRNA（平面图2）。当Cas9取得tracrRNA时，每个人都在等待的结果终于愈演愈烈了：DNA分子结构被切出成两部份。

划时代的次测试

研究课题医务人员同意想要法对“遗传基因钉”来进行修改。利用他们对tracr-RNA和CRISPR-RNA的最初学说，他们出乎意料地将两者融入为一个分子结构，并将其名称之为“Guide RNA”。常用这种遗传基因钉的修改正式版，他们来进行了一项划时代的次测试：应该可以控制这种遗传基因辅助工具，以便在任意位置切出DNA。

到此时，研究课题医务人员真的他们仍然相当相似借此。他们从Doudna耶鲁该大学次测试室的沙发当中取得了一个真核细胞，并选择了五个可以切出的口腔。然后，他们发养变化钉的CRISPR部份，以使其字符与要来进行切出的口腔的基因组相匹配。结果表明， DNA分子结构能够在确实的位置被切出。

真核细胞钉发养变化了自然环境科学

在Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna在2012年推断出CRISPR / Cas9真核细胞钉后不久，其它几个研究课题人小组断定该辅助工具可主要用途标记小鼠和全人类细胞的真核细胞组，从而引致其爆炸开放性的发展。在此之前，发养变化细胞，植物或养物体当中的真核细胞是一项相当耗时，有时甚至是不可能会的完成的指导工作。常用CRISPR真核细胞编辑辅助工具，研究课题医务人员基本上可以在他们想要的任何真核细胞组当中来进行切出。不久，很非常容易利用细胞的天然该控制系统DNA来进行修补，从而解决问题真核细胞的“直度量”。

由于这种真核细胞辅助工具相当易于常用，因此在基础研究课题当中取得了广泛的运用于。例如它可以主要用途发养变化细胞和次测试动物的DNA，以了解相同真核细胞如何起作用和相互作用。

真核细胞钉也已已是植物育种的规范辅助工具。研究课题医务人员之前用来标记植物真核细胞组的分析方法通常须要去除抗养素抗开放性真核细胞。种植玉米时，存有这种抗药开放性扩散到周围细菌的安全开放性。由于有了遗传基因钉，研究课题医务人员不再须要常用这些旧分析方法，而是可以对真核细胞组来进行相当精确的标记。他们编辑了使大豆从土壤吸取直金属的真核细胞，从而小型化了大豆，使镉和砷含量比增高。研究课题医务人员还开发出了能够在温暖的气候下更是好地抗击干旱，抗击蝌蚪和害虫的作物。

在病理学上，真核细胞钉为癌症的最初免疫疗法做出了建树，正试平面图来进行使梦想要成真的次测试-病患遗传基因开放性营养不良。研究课题医务人员仍然在来进行的测试，以研究课题他们应该可以常用CRISPR / Cas9来病患镰状细胞开放性心血管疾病和β地当中海心血管疾病等血液营养不良以及遗传基因开放性眼病。

他们还在开发修补小脑和神经等大型骨髓当中真核细胞的分析方法。动物次测试表明，经过特别设计的寄养虫体可以将遗传基因钉传递给所需的细胞，从而病患毁灭开放性遗传基因营养不良的模型，例如神经营养不良，神经纤维开放性神经萎缩和亨廷顿舞蹈病。但是，该运用于须要进一步完善，才能在养理上来进行测试。

“真核细胞钉”的力量须要监管

除了其所有优点之外，遗传基因钉也可能会存有被不伦理的安全开放性。例如，该辅助工具可主要用途创建转真核细胞胎盘。但是，较宽年，有控制真核细胞工程运用于的立法者和法规，其当中有数禁止以允许遗传基因发养变化的方式则修改全人类真核细胞组。另外，涉及人畜的次测试需在来进行委员会之前来进行封杀和批准。

可以肯定的是：这些遗传基因钉制约着我们没有人。我们将引致了最初的伦理情况，但是这种最初辅助工具可能会适度解决全人类现阶段引致了的许多面对。通过Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna的最初推断出，自然环境科学出乎意料进入了一个最初时代。当我们很强了在此之前不曾握有过的强劲能力后，将在愿景探讨自然环境科学“最初大陆”时做出更是多鼓舞人心的推断出。（养物谷 Bioon.com）