#2020年諾貝爾獎# 【高彩霞:CRISPR技術獲獎「絕對不意外」;張鋒沒有名列其中確實有些遺憾】
北京時間10月7日下午5時45分許,2020年諾貝爾化學獎揭曉。德國馬普學會病原體研究所主任Emmanuelle Charpentier和美國加州大學伯克利分校教授、霍華德·休斯醫學研究所的Jennifer A. Doudna獲獎,以表彰她們「開發出一種基因組編輯方法」。

作為開展CRISPR植物基因組編輯技術前沿研究的一名科學家,中科院遺傳與發育生物學研究所研究員高彩霞時常在國際會議上與兩位獲獎者碰面、交流。得知獲獎消息,她第一時間就給兩人寫Email祝賀。

「CRISPR技術獲得諾獎絕對不意外。」在接受《中國科學報》記者採訪時,高彩霞表示,「自誕生之日起,大家都期待著它能獲獎,這是眾望所歸的事情,是早晚的事情。」

《中國科學報》:相對於大多數諾獎獎項來說,CRISPR-Cas9(基因剪刀)是一項比較新的技術,這項技術獲得諾獎您覺得意外嗎?

高彩霞:絕對不意外,自它誕生之日起,大家都期待著它能獲獎,這是眾望所歸的事情,是早晚的事情,而且我感覺它很快就會發生。

首先,這項技術2012年被證明在體外有剪切活性之後,2013年很快就被全世界科學家應用在人類、動物以及植物細胞等不同物種當中。其次,經過這幾年的發展,這項基因編輯工具已經變得更加高效,全世界幾乎所有分子中心和實驗室都離不開這個工具。就像沒有PCR(聚合酶鏈式反應)一樣,我想象不出不久的將來哪個分子生物學實驗室沒有CRISPR,還能高效地工作。

《中國科學報》:有人認為本屆諾獎頒發給 Charpentier和 Doudna對華人科學家張鋒有失公平,因為在此前廣受關注的關於CRISPR-Cas9專利之爭中,張鋒最終獲勝。您對此有何看法?

高彩霞:張鋒的專利在美國佔領先機,但在歐洲,Doudna率先獲得了相關專利。這種差異可能也和專利制度有關。

張鋒沒有名列其中確實有些遺憾,不過也不意外。我一直認為可能會是三位科學家獲得這一獎項——Charpentier、Doudna加張鋒。2012年6月,Doudna在《科學》上首次公布了CRISPR基因編輯技術在試管中精確切割DNA的可行性。2013年元月份,張鋒就公布了它在動物與人類細胞中的應用。這是非常重要的一步,因為先前有相關係統在原核細胞工作的非常完美,但在真核細胞中不工作。但也有一些人會認為,如果加入張鋒,也應該加立陶宛的Virginijus Siksnys,那麼,就會變成4個人。

另外一種組合也可以是Charpentier、Doudna加上瑪麗亞·賈辛(Maria Jasin),她首先證明DNA雙鏈斷裂可以增加基因編輯效率,去年她獲得了邵逸夫生命科學與醫學獎。

但無論如何,Charpentier、Doudna都肯定是其中的兩位。

《中國科學報》:請您談談「基因剪刀」技術的意義。

高彩霞:它最大的意義在於對 DNA序列進行非常精準的編輯,用打靶來作比喻,通過它可以「指哪兒打哪兒」。以前的基因組編輯或者基因組工程的廣適性不強、技術有一定的難度,很少有實驗室能掌握這項技術。有了CRISPR,「舊日王謝堂前燕終於飛入了尋常百姓家了」。和以前的技術相比,它簡單、易學、廉價,大大地降低了入門門檻,更重要的是它的打靶效率也更高,可以同時對多個靶點進行靶向的編輯和修飾。

這項技術的意義太重大了,它涉及到我們生活的方方面面,包括農業、醫療、工業、環境等各個領域。試想一下,有多少農產品完全可以通過它在最短的時間內、最精準地培育出來。在疾病治療上,它有望實現對多種腫瘤等重大疾病的治療。

《中國科學報》:這是諾獎頒發百余年來,女性科學家第6次獲得諾貝爾化學獎,使得7位女性科學家獲得這一獎項。您怎麼看待女性在科學界的發展與貢獻?

高彩霞:也許在中國沒有那麼明顯,但很多其他國家的男性和女性科學家,尤其到了PI(首席研究員)或者教授這個位置,比例非常不協調。

這個獎項的頒發不是因為性別,但她們倆的工作的確也向全世界證明:女科學家可以和男科學家一樣優秀。包括昨天的諾貝爾物理學獎獲得者也有一位女科學家。

《中國科學報》:您跟Charpentier、Doudna兩位科學家有一些交流嗎?您對她們有什麼樣的印象?

高彩霞:開會經常碰到,看到獲獎消息后,第一時間我就準備給她們寫電子郵件祝賀。得知她們獲獎,我非常興奮,因為我們都在使用這個工具,或者是在進一步改善這個工具。一個朋友坐在辦公室里跟我說話,我竟然沒聽到他說了什麼。

Doudna很高很苗條,做事幹練,特別專業,每次做完報告交流的時候,她都會給你很高的評價。她很容易與人交流,包括我們開會也會經常邀請她。我們之間經常發郵件。

相比Doudna,我跟Charpentier聯繫較少,她話不是很多,但是你能感覺到她是一位非常好的科學家,她會開會之餘和大家討論。德國馬普學會聘請她擔任病原體科學研究所所長,也是對她工作的肯定。

《中國科學報》:請您談談國內在CRISPR方面的研究現狀。

高彩霞:諾獎肯定是獎勵最原創的,兩位科學家都不在中國,至少說明一點,我們確實在原創上沒有拿到最先的發言權。但在CRISPR的優化以及應用上,中國還是走在前面。在植物基因組編輯領域,超過一半的專利及文章來自中國。在動物及醫學方面,很多工作也走在世界最前沿,如昆明理工大學季維智老師開展的獼猴相關研究。

國外可能更重視CRISPR技術在疾病治療等方面的應用,中國是一個農業大國,國家也投了很多錢在農業上,基因組編輯有利於保障糧食安全,我國在這方面已經出現了一大批優秀科學家。

《中國科學報》:目前,CRISPR基因編輯技術還存在一些有爭議的地方,比如脫靶效應帶來的影響,或是不按照要求應用帶來的倫理紛爭等,這些問題應該怎樣面對?

高彩霞:關於倫理問題,賀建奎的CRISPR編輯嬰兒給大家敲響了警鐘。其實,在此之前我國已經有非常嚴格的相關倫理指南,但這項研究沒有遵照相關要求。

CRISPR技術本身從出現到完善肯定需要經歷一定的過程。工具箱里的工具永遠是越全越好,這樣某一個特定的工具才能做特定的事情。在臨床上對這個工具本身的特異性要求就非常高:第一,能不能把 CRISPR精確地遞送到細胞里去,這是一個瓶頸;第二,它的核酸酶效率是不是足夠高;第三,它會不會有脫靶現象,這是大家最關注的一件事情,不能說把A疾病治療好了,再出來B疾病,所以特別嚴格。科學家們正在努力把這個工具變得更好,所以還沒有走得那麼快。相信這些技術問題都會得到解決。

而對於某些工作,比如在農業生產上的使用,它已經能夠達到我們的預想或是目標。對農作物、植物來說,如果有脫靶也沒關係,因為我們用的植物材料都是後代,完全可以把脫靶突變通過後代遺傳分離出去。植物研究相對不涉及倫理問題,對CRISPR工具的脫靶要求沒有那麼高。所以,希望國家能儘快在基因編輯植物的監管方面出台基於科學的法規,促進我們國家在產業化方面向前邁進。

《中國科學報》:同樣是基因層面的操作,CRISPR編輯的作物和轉基因作物有何不同?

高彩霞:轉基因作物必須把外源基因整合到植物基因組裡,是外源基因在發生功能。比如,整合進來外源性的抗蟲基因。其實轉基因是安育種是安全的,但大眾需要一段時間來接受它。

CRISPR技術可以不需要添加任何外源性的東西,只需要把原來的序列修改好。如果這個序列有點多,你可以把它剪掉;如果組成DNA的四個字母ATCG有一個錯了,你可以像一個橡皮擦一樣,用CRISPR把它擦掉,然後用鉛筆把A變成G,而鉛筆是不留在細胞里的。

《中國科學報》:您如何看待CRISPR技術未來的發展?

高彩霞:它太有用了,無論是對衛生醫療健康,還是對農作物改良。以植物為例,和傳統育種技術相比,它的優勢非常明顯。例如高低產作物雜交時,高產的作物可能不抗病,而低產的則抗病,如果想把抗病的性狀轉到高產,就需要雜交。雜交之後,還需要6~8代的回交,才能讓作物高產、抗病。而且其前提是雜交的親本種要有抗病的基因,而且整個過程非常漫長。

所以,科學家又設法通過輻射、化學誘變等各種方法盲目地創造各種各樣的突變體,找到想要的那個突變體無異於大海撈針。通過基因組編輯不需要成千上萬的突變體,而是定向地產生想要的突變體,大大節省了時間和工作量。而且突變體材料早就出現在了田間地頭,為什麼基因組編輯不能用呢?把這個原理講明白了,就沒不能用的。所以,在農業方面,CRISPR技術等推廣應用前景是非常可期的。http://t.cn/A6bfaOyE

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