在这张2016年3月14日的档案照片中，美国生物化学家詹妮弗·阿
杜德(左)和法国微生物学家伊曼纽尔·夏彭蒂尔(右)在德国法兰克福合影
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(亚历山大·海因尔/政治部通过美联社) 周三，两名研究人员获得了诺贝尔化学奖，因为他们发明了一种基因编辑工具，这种工具提供了一种改变生命代码——脱氧核糖核酸——的方法，从而使科学发生了革命性的变化，这种技术已经被用来试图治愈许多疾病，种植更好的作物和牲畜
法国的伊曼纽尔·夏彭蒂埃和珍妮弗·阿
美国的Doudna因开发CRISPR-cas9而获奖，CRISPR-cas9是一种在特定位点切割基因的非常简单的技术，允许科学家对作为许多疾病根本原因的缺陷进行操作
诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫森说:“这种基因工具有巨大的力量。”
根据国家医学学会主席维克多·佐的说法，100多项临床试验正在进行中，以研究使用CRISPR治疗疾病，“许多很有希望”
“我最大的希望是它能被用来做好事，揭开生物学的新秘密，造福人类，”杜德说，他隶属于加州大学伯克利分校，由霍华德·休斯医学研究所资助，该研究所也支持美联社的健康和科学部
这项获奖作品为一些棘手的伦理问题打开了大门:当编辑在出生后完成时，修改仅限于那个人
科学家们担心CRISPR会被滥用来通过改变卵子、胚胎或精子来制造“设计婴儿”——这些变化可以传递给后代
2010年10月27日，星期三，德国柏林，法国微生物学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃在马克斯·普朗克雕像前摆姿势
7, 2020
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(美联社照片/马库斯·施赖伯) 2018年，当中国科学家何建奎透露，他帮助制造了世界上第一个基因编辑婴儿，试图制造抗艾滋病病毒感染的基因时，世界上很多人都意识到了CRISPR
他的工作被指责为不安全的人体实验，他在中国被判入狱
9月，一个国际专家小组发布了一份报告，称尝试这样的实验还为时过早，因为科学还不够先进，不足以确保安全
“能够选择性地编辑基因意味着你在某种程度上扮演了上帝的角色，”美国化学学会主席路易斯·埃切戈延说，他是德克萨斯大学埃尔帕索分校的化学教授
医生
哈佛医学院院长乔治·戴利说:“新技术经常表现出这种二分法——对人类有益的潜力巨大，尤其是在疾病治疗方面，但也有误用的风险
" 法国微生物学家伊曼纽尔·夏彭蒂尔在德国柏林对媒体人士发表讲话
7, 2020
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(美联社照片/马库斯·施赖伯) 然而，科学家们普遍称赞基因编辑对病人的巨大潜力
克里斯普博士说:“生物医学研究没有一个方面没有受到克里斯普的影响。”克里斯普已经被用来种植更好的作物，并试图治愈人类疾病，包括镰状细胞病、艾滋病毒感染和遗传性失明
宾夕法尼亚大学的遗传学专家基兰·穆苏鲁正在研究心脏病
杜德说，CRISPR还有潜力被用来改造植物，以储存更多的碳或抵御极端的气候变化，给研究人员一个“解决人类面临的紧迫问题”的机会
" 这是119年来诺贝尔科学奖第四次只授予女性
柏林马克斯·普朗克病原体科学研究所51岁的负责人查彭蒂尔说，虽然她认为自己首先是一名科学家，“但这反映了科学变得更加现代，女性领导人越来越多的事实
" 在这张2015年5月19日的文件照片中，法国微生物学家伊曼纽尔·夏彭蒂尔在德国布伦瑞克拍照
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(彼得·斯特芬/政治部通过美联社) 她说:“我真的希望它能保持下去，甚至朝着这个方向发展。”她还补充道，“在科学界做一名女性比做一名男性更麻烦。”
" 三次女性独自获得诺贝尔科学奖；这是第一次全部由女性组成的团队获得科学奖
1911年，玛丽·居里是唯一的化学奖获得者，1964年多罗西·克劳福特·霍奇金也是
1983年，芭芭拉·麦克林托克获得诺贝尔医学奖
Charpentier和Doudna的突破性研究发表于2012年，与许多其他诺贝尔奖得主的研究相比，这一发现显得非常新，后者往往是在几十年后才获得荣誉
医生
牵头绘制人类基因组图谱的弗朗西斯·柯林斯说，这项技术“改变了一切”，改变了人们如何对待由基因引起的疾病
在这张2016年3月14日的文件照片中，法国微生物学家伊曼纽尔·夏彭蒂尔在德国法兰克福拍照
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(亚历山大·海因尔/政治部通过美联社) “你可以从人类基因组计划的成功和CRISPR-cas改变说明书的能力之间划出一条直线，”美国癌症研究所所长柯林斯说
S
美国国立卫生研究院资助了杜德的工作
由哈佛大学和麻省理工学院联合运营的布罗德研究所(Broad Institute)一直在与诺贝尔奖得主就CRISPR技术的专利进行法庭斗争，许多其他科学家也在这方面做了重要的工作，但Doudna和Charpentier一直因将CRISPR转化为易于使用的工具而获奖。
以这项工作而闻名的布罗德科学家张峰没有对该奖项发表评论，但布罗德的主任埃里克·兰德在推特上向获奖者发去了祝贺信息
另一位布罗德基因编辑科学家刘中达在推特上指出，2012年获奖者的开创性研究论文被引用了9500多次，约每八小时一篇
这个星期二，12月
2015年1月1日，在华盛顿举行的美国国家科学院国际人类基因编辑安全与伦理峰会上，伊曼纽尔·夏彭蒂尔(左)和珍妮弗·杜德(右)在讲话
2020年诺贝尔化学奖授予了伊曼纽尔·夏彭蒂尔和詹妮弗·杜德为了开发基因组编辑的方法
"斯德哥尔摩瑞典科学院的一个小组于10月10日星期三宣布了这一消息
7, 2020
(美联社照片/苏珊·沃尔什，文件) 在这张2016年3月14日的档案照片中，美国生物化学家詹妮弗·阿
杜德在德国法兰克福拍照
法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂埃和美国科学家詹妮弗·阿
杜德获得了2020年诺贝尔化学奖，因为他开发了一种基因组编辑方法，类似于“分子剪刀”，有望有朝一日治愈遗传疾病
(亚历山大·海因尔/政治部通过美联社) 今年12月
2015年1月1日，文件照片，詹妮弗·杜德(Jennifer Doudna)，加州大学伯克利分校，何健魁使用的CRISPR基因编辑工具的共同发明人，在华盛顿举行的美国国家科学院人类基因编辑安全与伦理国际峰会上发言
2020年诺贝尔化学奖授予了伊曼纽尔·夏彭蒂尔和詹妮弗·杜德为了开发基因组编辑的方法
"斯德哥尔摩瑞典科学院的一个小组于10月10日星期三宣布了这一消息
7, 2020
(美联社照片/苏珊·沃尔什，文件) 佩妮拉·维顿·斯塔谢德教授(左)和戈兰·金
在瑞典斯德哥尔摩瑞典皇家科学院的新闻发布会上，科学院秘书长汉森宣布了2020年诺贝尔化学奖的获奖者
7, 2020
2020年诺贝尔化学奖授予了伊曼纽尔·夏彭蒂尔(左)和詹妮弗·杜德。为了开发基因组编辑的方法
"(亨里克·蒙哥马利/TT通过美联社) 诺贝尔奖有一枚金牌和1000万克朗(超过1美元
100万英镑)，这是一个多世纪前诺贝尔奖的创始人阿尔弗雷德·诺贝尔留下的遗产，他是炸药的发明者
周一，诺贝尔医学奖授予了发现破坏肝脏的丙型肝炎病毒
周二的物理学奖表彰了在理解黑洞方面的突破
文学奖、和平奖和经济学奖将在未来几天颁发
诺贝尔基金会宣布: 瑞典皇家科学院决定将2020年诺贝尔化学奖授予 艾曼纽尔·夏彭蒂尔·马克斯·普朗克病原体科学单位，德国柏林 珍妮弗·阿
美国加州大学伯克利分校 “用于开发基因组编辑方法” 基因剪刀:重写生命密码的工具 伊曼纽尔·夏彭蒂埃和詹妮弗·阿
Doudna发现了基因技术最锋利的工具之一:CRISPR/Cas9基因剪刀
利用这些，研究人员可以以极高的精度改变动物、植物和微生物的DNA
这项技术对生命科学产生了革命性的影响，为新的癌症疗法做出了贡献，并有可能实现治愈遗传疾病的梦想
研究人员需要修改细胞中的基因，才能了解生命的内部运作
这曾经是一项耗时、困难、有时甚至不可能的工作
使用CRISPR/Cas9基因剪刀，现在有可能在几周内改变生命的密码
“这种基因工具有巨大的力量，影响着我们所有人
诺贝尔化学委员会主席克拉斯·古斯塔夫森说:“它不仅彻底改变了基础科学，还带来了创新作物，并将带来突破性的新医学疗法。”
正如科学中经常发生的那样，这些基因剪刀的发现是出乎意料的
在伊曼纽尔·夏彭蒂尔对化脓性链球菌(对人类危害最大的细菌之一)的研究中，她发现了一种以前未知的分子——tracrRNA
她的工作表明，tracrRNA是细菌古老免疫系统CRISPR/Cas的一部分，它通过切割病毒的DNA来解除病毒的武装。
Charpentier在2011年发表了她的发现
同年，她开始与珍妮弗·杜德合作，她是一位经验丰富的生物化学家，对核糖核酸有着丰富的知识
他们一起成功地在试管中重建了细菌的基因剪刀，并简化了剪刀的分子组成，因此更容易使用
在一个划时代的实验中，他们重新编程了基因剪刀
剪刀的自然形态可以识别病毒中的dna，但夏彭蒂尔和杜德证明它们可以被控制，这样它们就可以在预定的位置切割任何DNA分子
在脱氧核糖核酸被切割的地方，就很容易重写生命的代码
自2012年夏彭蒂尔和杜德发现CRISPR/Cas9基因剪刀以来，他们的使用激增
这一工具为基础研究中的许多重要发现做出了贡献，植物研究人员已经能够开发出抵抗霉菌、害虫和干旱的作物
在医学领域，新癌症疗法的临床试验正在进行，能够治愈遗传疾病的梦想即将实现
这些基因剪刀将生命科学带入了一个新时代，并且在许多方面给人类带来了最大的利益
*************************** 科学的吸引力之一是它是不可预测的——你永远无法提前知道一个想法或问题可能会导向哪里
有时一个好奇的头脑会遇到死胡同，有时它会遇到一个棘手的迷宫，需要多年的时间来导航
但是，时不时地，她意识到自己是第一个凝视未知可能性地平线的人
名为CRISPR-Cas9的基因编辑器就是这样一个具有惊人潜力的意外发现
当伊曼纽尔·夏彭蒂尔和珍妮弗·杜德开始研究链球菌细菌的免疫系统时，一个想法是他们可能会开发出一种新的抗生素
相反，他们发现了一种分子工具，可以用来在遗传物质中制造精确的切口，使得很容易改变生命密码成为可能
影响每个人的强大工具 就在发现八年后，这些基因剪刀重塑了生命科学
生物化学家和细胞生物学家现在可以很容易地研究不同基因的功能及其在疾病发展中的可能作用
在植物育种中，研究人员可以赋予植物特定的特征，例如在更温暖的气候下抵御干旱的能力
在医学上，这位基因编辑为新的癌症疗法和第一批试图治愈遗传疾病的研究做出了贡献
关于CRISPR-Cas9如何使用，几乎有无数的例子，其中也包括不道德的应用
和所有强大的技术一样，这些基因剪刀需要被调节
稍后详细介绍
2011年，艾曼纽尔·夏彭蒂埃和詹妮弗·杜德都不知道他们在波多黎各咖啡馆的第一次相遇是一次改变人生的相遇
我们将从介绍最初提议合作的夏彭蒂尔开始
夏彭蒂尔对病原菌着迷 有人称她有动力、细心、彻底
其他人说伊曼纽尔·夏彭蒂尔总是寻找意想不到的东西
她自己引用路易斯·巴斯德的话，“机遇偏爱有准备的头脑”
对新发现的渴望和对自由和独立的渴望主宰了她的道路
包括她在巴黎巴斯德研究所的博士研究，她在五个不同的国家，七个不同的城市生活，在十个不同的机构工作
她的环境和方法已经改变，但是她的大部分研究都有一个共同点:致病菌
他们为什么这么好斗？他们是如何对抗生素产生耐药性的？有没有可能找到新的治疗方法来阻止它们的发展？ 2002年，当伊曼纽尔·夏彭蒂尔在维也纳大学成立自己的研究小组时，她专注于对人类造成最大危害的细菌之一:化脓性链球菌
每年，它会感染数百万人，通常会导致容易治疗的感染，如扁桃体炎和脓疱疮
然而，它也能导致危及生命的败血症，并破坏体内的软组织，使其享有“食肉动物”的美誉
为了更好的理解S
化脓性细菌，夏彭蒂埃开始彻底调查这种细菌的基因是如何被调节的
这个决定是发现基因剪刀之路的第一步——但是在我们沿着这条路走得更远之前，我们将了解更多关于詹妮弗·杜德的情况
因为当夏彭蒂埃在详细研究S的时候
化脓，Doudna第一次听到一个缩写，她认为这个缩写听起来更脆
科学——像侦探故事一样多的冒险 即使是在夏威夷长大的孩子，詹妮弗·杜德也有强烈的求知欲
一天，她的父亲把詹姆斯·沃森的书《双螺旋》放在她的床上
这个侦探风格的故事讲述了詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克如何解决DNA分子的结构，这与她在学校课本上读到的完全不同
她被科学过程迷住了，意识到科学不仅仅是事实
然而，当她开始解开科学之谜时，她的注意力不在DNA上，而是在它的分子兄弟:RNA上
2006年，当我们见到她时，她正在加州大学伯克利分校领导一个研究小组，拥有二十年的RNA工作经验
她以擅长突破性项目的成功研究员而闻名，最近她进入了一个令人兴奋的新领域:RNA干扰
多年来，研究人员一直认为他们了解核糖核酸的基本功能，但他们突然发现了许多有助于调节细胞基因活性的小核糖核酸分子
詹妮弗·杜德参与RNA干扰是她在2006年接到另一个部门同事电话的原因
细菌携带着古老的免疫系统 她的同事是微生物学家，他告诉Doudna一项新发现:当研究人员比较差异极大的细菌和古细菌(一种微生物)的遗传物质时，他们发现重复的dna序列惊人地保存完好
相同的代码反复出现，但是在重复之间有不同的独特序列
这就像一本书的每一个独特的句子之间都在重复同一个单词
这些重复序列的阵列被称为簇状规则间隔的短回文重复序列，缩写为CRISPR
有趣的是，CRISPR中独特的非重复序列似乎与各种病毒的遗传密码相匹配，因此目前的想法是，这是保护细菌和古细菌免受病毒攻击的古老免疫系统的一部分。
假设是，如果一种细菌成功地从病毒感染中存活下来，它会在基因组中添加一段病毒的遗传密码，作为对感染的记忆
她的同事说，还没有人知道所有这些是如何工作的，但怀疑细菌用来中和病毒的机制类似于Doudna研究的机制:RNA干扰
Doudna绘制了一个复杂的机器 这个消息既引人注目又令人激动
如果细菌真的有古老的免疫系统，那么这是一件大事
珍妮弗·杜德娜的分子阴谋意识变得栩栩如生，她开始尽可能多地了解CRISPR系统
事实证明，除了CRISPR序列，研究人员还发现了他们称之为CRISPR相关的特殊基因，缩写为cas
Doudna发现有趣的是，这些基因非常类似于编码已知蛋白质的基因，这些蛋白质专门解链和切割dna
那么Cas蛋白有相同的功能吗？他们会切割病毒DNA吗？ 她让她的研究小组投入工作，几年后，他们成功地揭示了几种不同Cas蛋白的功能
与此同时，其他大学的一些研究小组正在研究新发现的CRISPR/Cas系统
他们的图谱显示细菌的免疫系统可以采取非常不同的形式
Doudna研究的CRISPR/Cas系统属于1类；这是一个复杂的机制，需要许多不同的Cas蛋白来解除病毒
2类系统要简单得多，因为它们需要更少的蛋白质
在世界的另一个地方，伊曼纽尔·夏彭蒂尔刚刚遇到了这样一个系统
回到她身边
CRISPR系统难题的一个新的未知部分 当我们离开埃马纽埃尔·夏彭蒂埃时，她住在维也纳，但2009年她搬到了瑞典北部乌默大学的一个有着良好研究机会的职位
她被警告不要搬到世界上如此偏远的地方，但漫长而黑暗的冬天让她有足够的安宁和安静来工作
她需要它
她还对小的、基因调节的核糖核酸分子感兴趣，并与柏林的研究人员合作，绘制了在S
化脓性链球菌
这些结果让她思考了很多，因为这种细菌中大量存在的一种小核糖核酸分子是一种未知的变体，这种核糖核酸的遗传密码非常接近细菌基因组中独特的CRISPR序列
这两者之间的相似性使夏彭蒂尔怀疑它们是有联系的
仔细分析它们的遗传密码也揭示了小的未知RNA分子的一部分与CRISPR重复的部分相匹配
这就像找到两个完全吻合的拼图块
Charpentier从未与CRISPR合作过，但她的研究小组发起了一些彻底的微生物检测工作，以绘制美国的CRISPR系统
化脓性链球菌
这个系统属于2类，已知只需要一个Cas蛋白，Cas9，就可以切割病毒DNA
Charpentier表明，未知RNA分子，命名为反式激活crispr RNA (tracrRNA)，也具有决定性作用；从基因组中的CRISPR序列产生的长RNA有必要成熟为其活性形式
经过密集和有针对性的实验后，埃马纽埃尔·夏彭蒂尔于2011年3月发表了tracrRNA的发现
她知道她正紧跟着一件非常激动人心的事情
她在微生物学方面有多年的经验，在她对CRISPR-Cas9系统的持续研究中，她想与一位生物化学家合作
詹妮弗·杜德是自然选择
所以那年春天，当夏彭蒂尔被邀请到波多黎各的一个会议上来谈论她的发现时，她的目标是会见这位技术娴熟的伯克利研究员
在一家波多黎各咖啡馆举行的改变生活的会议 巧合的是，他们在会议的第二天在一家咖啡馆相遇
杜德的一位同事向他们介绍了彼此，第二天，夏彭蒂尔提议他们一起探索首都的旧城区
当他们沿着鹅卵石街道漫步时，他们开始谈论他们的研究
Charpentier想知道Doudna是否对合作感兴趣——她是否愿意参与研究Cas9在S中的功能
化脓性链球菌的简单二级系统？ 詹妮弗·杜德对此很感兴趣，他们和他们的同事通过数字会议为这个项目制定计划
他们怀疑CRISPR-RNA是识别病毒DNA所必需的，Cas9是切断DNA分子的剪刀
然而，当他们在体外测试时，什么也没发生
脱氧核糖核酸分子保持完整
为什么？实验条件有问题吗？还是Cas9有完全不同的功能？ 经过大量的头脑风暴和无数次失败的实验，研究人员最终将tracrRNA添加到他们的测试中
以前，他们认为只有当CRISPR-RNA被切割成活性形式时，tracrRNA才是必需的，但是一旦Cas9获得了tracrRNA，人们所期待的事情就发生了:DNA分子被切割成两部分。
进化解决方案经常让研究人员感到惊讶，但这是非同寻常的
链球菌开发的抵御病毒的武器简单而有效，甚至非常出色
基因剪刀的历史可以到此为止；Charpentier和Doudna发现了一种细菌的基本机制，这种细菌会给人类带来巨大的痛苦
这一发现本身令人震惊，但机遇青睐有准备的人
划时代的实验 研究人员决定尝试简化基因剪刀
利用他们关于tracr-RNA和CRISPR-RNA的新知识，他们找到了如何将两者融合成一个分子，他们将其命名为引导RNA
有了这种基因剪刀的简化变体，他们接着进行了一项划时代的实验:他们研究是否能控制这种基因工具，让它在研究人员决定的位置切割DNA
到这个时候，研究人员知道他们接近一个重大突破
他们提取了一个已经在Doudna实验室冷冻箱中的基因，并选择了该基因应该被切割的五个不同位置
然后，他们改变剪刀的CRISPR部分，使其代码与剪切处的代码相匹配
结果是压倒性的
脱氧核糖核酸分子在正确的位置被切割
基因剪刀改变生命科学 2012年，伊曼纽尔·夏彭蒂尔(Emmanuelle Charpentier)和珍妮弗·杜德(Jennifer Doudna)发表了他们发现的CRISPR/Cas9基因剪刀后不久，几个研究小组证明，这种工具可以用来修改小鼠和人类细胞的基因组，从而导致爆炸性的发展。
以前，改变细胞、植物或生物的基因是耗时的，有时甚至是不可能的
原则上，使用基因剪刀，研究人员可以随心所欲地切割任何基因组
在此之后，利用细胞的自然系统进行脱氧核糖核酸修复就很容易了，这样它们就可以重写生命的密码
因为这种基因工具很容易使用，所以现在在基础研究中广泛使用
它被用来改变细胞和实验动物的脱氧核糖核酸，以了解不同基因的功能和相互作用，例如在疾病过程中
基因剪刀也已经成为植物育种的标准工具
研究人员以前用于修改植物基因组的方法通常需要添加抗生素抗性基因
当种植作物时，这种抗生素耐药性有传播到周围微生物的风险
由于基因剪刀，研究人员不再需要使用这些旧方法，因为他们现在可以对基因组进行非常精确的改变
除此之外，他们还编辑了使水稻从土壤中吸收重金属的基因，从而改良了镉和砷含量较低的水稻品种
研究人员还开发出了在气候变暖的情况下能够更好地抵御干旱的作物，以及能够抵御昆虫和害虫的作物，否则这些作物将不得不使用杀虫剂来对付
治愈遗传疾病的希望 在医学上，基因剪刀正在为癌症的新免疫疗法做出贡献，并且正在进行试验来实现一个梦想——治疗遗传疾病
研究人员已经在进行临床试验，以研究他们是否可以使用CRISPR/ Cas9治疗血液疾病，如镰状细胞贫血和β地中海贫血，以及遗传性眼病。
他们还在开发修复大脑和肌肉等大型器官基因的方法
动物实验表明，专门设计的病毒可以将基因剪刀传递给所需的细胞，治疗破坏性遗传疾病的模型，如肌肉营养不良、脊髓性肌萎缩和亨廷顿氏病
然而，这项技术还需要进一步完善，才能在人体上进行测试
基因剪刀的力量需要监管 除了这些好处，基因剪刀也可能被滥用
例如，这个工具可以用来制造转基因胚胎
然而，多年来一直有法律法规控制着基因工程的应用，其中包括禁止以允许遗传改变的方式修改人类基因组
此外，涉及人类和动物的实验在进行之前必须经过伦理委员会的审查和批准
有一点是肯定的:这些基因剪刀影响我们所有人
我们将面临新的伦理问题，但这一新工具很可能有助于解决人类目前面临的许多挑战
通过他们的发现，伊曼纽尔·夏彭蒂尔和珍妮弗·杜德开发了一种化学工具，将生命科学带入了一个新时代
它们让我们看到了难以想象的巨大潜力，在探索这片新土地的过程中，我们肯定会有新的、意想不到的发现
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