TUhjnbcbe - 2021/2/26 2:43:00
文章主要内容来自于BioArt,知乎，梅斯医学等翻译相关资料。今天，JenniferDoudna和EmmanuelleCharpentier获得年诺贝尔化学奖，被很多人认为实至名归，张锋再次错过大奖，虽然有争议，但是，总的来说，理论创新是第一位的，行动是第二位的。这篇文章综合了多篇网络文章，以及增加了一些最新的研究，概括了基因编辑的系统发现到年的主要的里程碑。重大的科学发现经常是站在巨人肩上获得的，在CRISPR基因编辑技术发现史上，还有很多英雄，虽然他们没有获得诺奖，但是他们的贡献是伟大的。关于CRISPR基因编辑技术发现史有大量的综述或文章，其中最有影响的还是年1月14日，Cell杂志发表的美国哈佛-MITBroad研究所教授EricLander撰写的一篇关于CRISPR基因编辑技术发现史的综述文章，虽然，这篇文章发表后，受到JenniferDoudna公开的驳斥，但是不容否认这篇文章揭密了基因编辑道路中的英雄故事。EricLander教授第一时间对两位得奖者发出的祝贺生物学家们一直在打磨能够进行DNA编辑的工具，TALEN，ZFN都只是过客，而CRISPR技术很快成为了其中最耀眼的明星。CRISPR体系包括一个细菌核酸酶（Cas）和一段与目标DNA匹配的引导RNA，能为细菌沉默入侵者（比如病*）遗传信息的关键部分。与其他基因编辑技术相比，CRISPR技术更易于操作扩展性也更强，因此迅速成为了科研领域的宠儿，为基因工程和生物医学领域带来了一场革命。很少有发现能够像CRISPR那样在一夜之间改变整个领域。科学家们三年前才发现CRISPR能在活细胞中实现精确有效的基因组编辑。CRISPR/Cas免疫系统主要有三种类型，而这项研究使用的主要是完全依赖Cas9内切酶进行靶标和剪切的II型CRISPR系统。自此以后，CRISPR技术就如风暴一般席卷了整个科研领域，现在正有数以千计的实验室在使用它。CRISPR技术的应用范围非常广泛，比如建立人类遗传病和癌症的复杂动物模型、进行人类细胞全基因组筛选以鉴定生物学过程背后的基因、启动或关闭特定的基因，设计转基因植物等等。CRISPR改造人类生殖细胞的可能性更是引起了广泛的争议。想必现在已经没有哪个分子生物学家还未听过CRISPR的大名。然而大部分人可能还不清楚这一革命到底是如何发生的。与过程相比，做科研的人似乎更注重结果。一旦某个事实被牢固地建立起来，背后的曲折路径就显得不那么重要了。Cell亮点文章：CRISPR英雄谱著名遗传学家、美国科学院院士EricS.Lander教授（麻省理工学院与哈佛大学Broad研究所主席兼主任）却不这么看。他认为，了解科研进展背后的人和事能让我们获益良多。对于迈入科研门槛不久的学生来说，对科学发现有一个真实的概念特别重要，不仅有重要的指导意义还能带来关键性的启发。为此，Lander教授花几个月的时间完成了这篇文章，并将其发表在本期的Cell杂志上。他基于已发表的研究论文、人物访谈和其他资料（甚至包括杂志的拒稿信），梳理了CRISPR二十年来的发展历程，并从中提取了具有参考价值的经验和教训。文章中介绍了十多位CRISPR英雄，也就是那些发现CRISPR系统、揭示其分子机制并将其改造为强大工具的科学家们。CRISPR的发现者：FranciscoMojicaCRISPR故事开始于风景优美的西班牙白色海岸（CostaBlanca）。在海滨城市SantaPola长大的FranciscoMojica，是美丽海岸和广阔盐碱滩的常客。当他在本地阿利坎特大学攻读博士的时候，参加了对地中海富盐菌（Haloferaxmediterranei）的研究。他在分析细菌DNA的时候，发现了一种此前未知的重复结构。这位28岁的博士研究生被这种神秘的结构迷住了，在此后十年的职业生涯中一直致力于揭开这一谜团。Mojica很快发现类似的重复也存在于其他一些不同种类的细菌中。他意识到这样的结构可能在原核生物中具有重要的功能。他发表了一篇论文，报告了这类新的重复序列（Mojicaetal.,）。当Mojica在阿利坎特大学任职的时候，由于缺少启动资金和实验室空间，他主要通过生物信息学手段来研究这种奇怪的重复。Mojica最初将其命名为SRSR（shortregularlyspacedrepeats），后来又将名字改为CRISPR（规律成簇的间隔短回文重复）(Jansen等,;Mojica和Garrett,)。到年，Mojica已在20个不同的微生物上发现了CRISPR基因位点，其中包括结核分枝杆菌（Mycobacteriumtuberculosis），艰难梭菌（Clostridiumdifficile），和鼠疫杆菌（Yersiniapestis）(Mojica等,).。在两年的时间内，研究人员已经将这相关微生物的名录翻倍并且列录了基因位点的关键特征，包括存在近亲缘的特定的“CRISPR关联基因”（cas基因），这通常认为与他们的功能相关(Jansen等,)。（表1列举了CRISPR系统的最新分类。）到年，Mojica已经在二十种细菌中发现了CRISPR位点。在随后的两年中，研究者们不仅使这一数字翻了番，还明确了CRISPR位点的关键特性，包括紧邻的CRISPR-associated(cas)基因。然而CRISPR系统的功能仍然是未知的。弗朗西斯科·莫伊卡（FranciscoMojica），CRISPR系统第一个发现者但是，CRISPR系统的功能究竟是什么呢？各种假设层出不穷：比如设想与基因调控，复制分区，DNA修复还有其它功能有关。然而大多数的这类假设都没有证据支持，它们一个一个都被证伪了。如同CRISPR的发现一样，重要的睿见来自于生物信息学。CRISPR是一种适应性免疫系统年8月的假期，Mojica避开圣波拉的酷暑，躲在阿利坎特的空调办公室里。如今已然作为初兴的CRISPR领域的领*人物，他将目光从重复序列转向分隔它们的间隔序列。使用文字处理器，Mojica不辞辛劳地抽出每一个间隔并将其插入BLAST软件来搜索与其它任何已知DNA序列的相似性。虽然他尝试这种方法失败过，但是DNA序列数据库在不断扩大，这一次他成功掘到金矿了。在他最近从一种大肠杆菌菌株测序到的一个CRISPR基因位点上，其中一个间隔与一种P1噬菌体的序列相匹配，而这一噬菌体可以感染多种大肠杆菌菌株。然而，携带这一间隔的菌株已知对P1感染具有抵抗力。那一周结束时，他已经检索了个间隔。其中88个间隔与已知序列相似，三分之二同携带间隔的微生物相关的病*或接合质粒相匹配。Mojica意识到CRISPR基因位点储存了用于为保护微生物抵抗感染的适应性免疫系统所需的信息。Mojica于是和同事们一起外出饮干邑白兰地庆祝，并在第二天清晨开始撰写相关论文。如此竟开始了长达18个月的痛苦煎熬。认识到这一发现的重要性，Mojica将论文投给了《自然》（Nature）。年11月期刊在未征询外部评审的情况下拒绝的论文的发表。难以理解的是，编辑声称论文的关键论点属于已知范畴。年1月，《美国国家科学院院刊》（PNAS）的决定是这篇论文缺乏“充足的新颖观点和重要性”因而不够资格送审。《分子微生物学》和《核酸研究》（NAR）也相继地拒绝发表。此时，绝望而又担心被别人抢先一步发表的Mojica将论文投给了《分子演化杂志》。在经过12个多月的审稿和修订，这篇宣布CRISPR可能功能的论文终于在年2月1日发表了(Mojicaet等,)。十多年来，RNAi一直是基因功研究领域的王者，然而新兴技术的涌现（尤其是CRISPR技术）正在逐渐瓦解RNAi的统治地位。日新月异的技术发展为生物学研究提供了越来越大的助力，也给研究者们带来了一个有些纠结的问题，“到底应该选择那一种技术呢”。与此同时，CRISPR正是另一个意想不到的地点的研究人员的