“基因剪刀”获诺贝尔化学奖革新与争议同行
■观察家
尽管基因剪刀CRISPR/Cas9被视为对生命科学产生了革命性的影响，但对它的应用也在探索之中，而且极易产生伦理争论。
10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将2020年的诺贝尔化学奖授予美国女科学家詹妮弗·杜德纳和法国女科学家艾曼纽尔·夏彭蒂耶，以表彰她们发明基因编辑方法CRISPR/Cas9。
CRISPR是成簇规律间隔短回文重复序列（ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats）英文术语的首字母缩写，是基因组DNA上的一段特殊的序列，源于细菌及古细菌中一种获得性免疫系统，能够识别出入侵细菌的病毒，并通过一种特殊的酶破坏入侵的病毒，而Cas9就是一种特殊的酶，也即蛋白。实际上，CRISPR/Cas9就是一种特殊的而且功能强大的基因剪刀。
诺贝尔奖委员会对二人的创造性工作进行了概括。夏彭蒂耶首先是在对人类造成很大伤害的细菌化脓性链球菌的研究中发现了一种以前未知的分子tracrRNA。通过研究表明，tracrRNA是细菌古老的免疫系统CRISPR/Cas的一部分，该系统通过切割病毒的DNA，从而让病毒不再具有毒性。2011年夏彭蒂耶发表了她的研究结果。同一年，夏彭蒂耶与具有丰富RNA知识的资深生物化学家杜德纳合作，成功在试管中重建了细菌的遗传剪刀，并简化了剪刀的分子成分，因此更易于使用。
在此之前，研究人员也发现和发明了一些基因剪刀，但都没有CRISPR这么锋利和快速。利用特定的CRISPR/Cas9基因剪刀，可以有效剪切动物、植物、微生物多种生物的DNA，从而以极高的精度改变生物的基因，获得人们所需要的生物产品或结果。
一方面，如果发现人体内某一癌症的致病基因，就可能利用CRISPR/Cas9基因剪刀剪掉致癌基因，以预防和治疗癌症。尤其是很多罕见病和遗传病，如苯酮尿症、重型地中海贫血等，都是由基因突变和基因编码产生的，如果能利用基因剪刀去除致病基因，就有可能从根本上治愈这些疾病。
另一方面，人类也可利用这一基因剪刀生产创新作物以满足人类的需求，例如研发能够抵抗霉菌、害虫和干旱的农作物。2019年，肯尼亚国际热带农业研究所（IITA）科学家雅因达拉·特里帕斯团队就采用基因剪刀CRISPR/Cas9使一种大香蕉不再出现条文病毒症状。
尽管基因剪刀CRISPR/Cas9被视为对生命科学产生了革命性的影响，但对它的应用也在探索之中，而且容易产生伦理争论。尤其是对人使用时，可能对健康和生命产生意想不到的后果。原因在于，CRISPR/Cas9有脱靶效应，可能会在DNA错误的位置进行剪切，造成意外伤害，或脱离原有的设计目标。如果是治疗疾病，就有可能产生不可预控的严重后果。
进一步看，采用基因剪刀治疗人类的遗传病有的需要从胚胎期进行基因剪切，其中一个微小的基因序列就可能包含许多不同功能的基因，如果脱靶，将对未来的生命和个体产生意想不到的后果。因此，利用基因剪刀在胚胎期治疗地中海贫血和艾滋病等的试验已经叫停。目前，防止脱靶的一系列研究正在推进当中。
CRISPR/Cas9基因剪刀获得今年的诺贝尔化学奖，背后也有华人科学家的贡献，如麻省理工学院教授张锋，但他无缘此次诺贝尔奖。有科学家预测，有可能把生理或医学奖授予张锋，因为他在活体细胞中成功应用CRISPR，为临床治疗疾病和基础应用奠定了基础。
这一预测还有待未来检验。但可以肯定的是，未来，基因编辑技术还将在争议声中不断向前推进，对生命密码的“破译”和“改写”仍是生物化学领域的重要课题。
□张田勘（科普作者）
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