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改写生命密码：诺奖所说的“基因剪刀”究竟是什么？


今年的诺贝尔化学奖史无前例首次同时颁发给两位女科学家——马克斯·普朗克感染生物学研究所主任伊曼纽尔·夏彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和加州大学伯克利分校的生物化学家詹尼佛·A.杜德娜（Jennifer A. Doudna） 。 她们因在基因编辑研究领域做出的卓越贡献而获奖 。
改写生命密码：诺奖所说的“基因剪刀”究竟是什么？
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10月7日 ， 2020年诺贝尔化学奖揭晓 ， 法国科学家伊曼纽尔·夏彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）和美国科学家詹尼佛·A.杜德娜（Jennifer A. Doudna）获得了这一奖项 。
据介绍 ， 夏彭蒂耶和杜德娜利用CRISPR-Cas9“基因剪刀” ， 以极高的精度编辑了动物、植物和微生物的DNA 。 来自诺奖官网的消息显示 ， 这项技术对生命科学产生了革命性的影响 ， 可以帮助研究者开发新的癌症疗法 ， 并使治愈遗传疾病的梦想成为现实 。
到底什么是基因编辑？基因编辑之于我们有何种意义？我们应该如何看待基因编辑？它拥有着怎样的过去和未来？基因编辑研究的背后又有哪些惊心动魄的故事？在詹尼佛·A.杜德娜和塞缪尔·H.斯坦伯格所著的《破天机：基因编辑的惊人力量》一书中 ， 我们或许可以得到这些问题的答案 。 这本即将于11月出版中文版的著作中 ， 身为CRISPR技术先驱的杜德娜与亲历者斯坦伯格 ， 回顾了基因编辑技术的发展史 ， 展望了未来的发展趋势 ， 并梳理了相关社会与伦理议题 。
以下内容经湖南科学技术出版社·原力授权节选自《破天机：基因编辑的惊人力量》 ， 较原文有删节修改 ， 标题为编者所加 ， 非原文所有 。
【改写生命密码：诺奖所说的“基因剪刀”究竟是什么？】
改写生命密码：诺奖所说的“基因剪刀”究竟是什么？
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《破天机：基因编辑的惊人力量》 ， [美]詹尼佛·A.杜德娜、[美]赛缪尔·H.斯坦伯格著 ， 湖南科学技术出版社·原力,2020年11月 。
作者丨[美]詹尼佛·A.杜德娜 赛缪尔·H.斯坦伯格
摘编丨安也
2009年 ， 第一代基因编辑技术出现了 ， 它依靠的是从黄单胞杆菌里发现的一种新型蛋白质 ， 叫作类转录活化因子（TALEs） 。 这些蛋白质与锌指核酸酶的构造非常类似：它们都是由多个重复片段组成 ， 每个片段识别特定的DNA序列 。 区别在于：每个锌指核酸酶的手指识别三个DNA碱基 ， 而每个类转录活化因子的片段可以识别单个DNA碱基 。 这使得科学家很容易推断出哪个片段识别哪个DNA碱基 ， 于是他们可以重新编辑 ， 使其识别更长的DNA序列 。 在锌指核酸酶中 ， 这项工作听起来简单 ， 实际上困难；但在类转录活化因子中 ， 它的确很简单 。
研究人员转而探索这种新技术 。 类转录活化因子的编码序列一经破解 ， 三个实验室就把类转录活化因子与锌指核酸酶的剪切模块融合 ， 创造出了类转录活化因子核酸酶（简称TALENs） 。 类转录活化因子核酸酶在细胞内引发基因编辑的效果非常惊人 ， 科学家对它做了某些设计上的改进 ， 更方便了它们的构建和使用 。
就在人们发现类转录活化因子核酸酶并用于基因编辑不久 ， 最新的（也许是终极的）基因编辑技术出现了 。 这项技术叫作CRISPR?正是在这里 ， 我的故事跟基因编辑的故事衔接了起来 。 基因编辑技术经历了漫长的发展历史 ， 但它马上要进入一个激动人心的新时代 。
我们应该如何看待基因编辑？
科学家可以使用强大的生物技术来修饰活细胞里的DNA ， 甚至改造这个星球上所有物种的遗传密码 。 在诸多基因编辑的工具中 ， 最新 ， 也可能是最有效的 ， 当属CRISPR-Cas9（简称为CRISPR） 。 有了CRISPR ， 生物体的基因组就变得像文本一样可以被编辑 。
只要科学家知道了某个性状的基因 ， 我们就可以利用CRISPR在它的基因组中插入、编辑或删除该基因 。 这比目前其他任何基因操作技术都更简单有效 。


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