Jennifer A. Doudna & Emmanuelle Charpentier
圖片來(lái)源：美國(guó)化學(xué)會(huì)期刊ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2
CRISPR是一種存在于細(xì)菌里的重復(fù)編排的DNA序列，其全稱為Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，這是細(xì)菌在抵御了外來(lái)病毒的入侵并存活后，自身產(chǎn)生的一種特殊DNA序列。而與CRISPR相關(guān)的一系列叫Cas（CRISPR-associated）的蛋白，則是被用于切割類似病毒的DNA從而起到預(yù)防病毒再次入侵的作用，Cas9又是被當(dāng)今科學(xué)界研究應(yīng)用最廣泛的一種，這就是基因編輯技術(shù)中最耳熟能詳?shù)腃RISPR-Cas9體系。這個(gè)體系其實(shí)是一種通過(guò)RNA引導(dǎo)來(lái)修飾基因的分子過(guò)程，這個(gè)過(guò)程即復(fù)雜又非常的精密，簡(jiǎn)單的理解，就是由CRISPR創(chuàng)造的RNA分子設(shè)計(jì)制造出一種可以識(shí)別特定DNA序列的Cas9蛋白，然后利用這種Cas9蛋白對(duì)所識(shí)別的DNA序列進(jìn)行剪切或編輯。
所以整個(gè)CRISPR-Cas9的基因編輯過(guò)程是DNA序列分子，引導(dǎo)的RNA分子，由RNA編輯制造的Cas9蛋白分子和最后被編輯的目標(biāo)DNA序列分子，一起經(jīng)過(guò)彼此間各類復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成的。所以CRISPR-Cas9其實(shí)是化學(xué)生物學(xué)家們利用化學(xué)的概念和工具以及化學(xué)分子手段來(lái)理解和操控生物系統(tǒng)的一種技術(shù)。這一生物技術(shù)從發(fā)現(xiàn)到發(fā)展至今，很多時(shí)候都是在解決化學(xué)問(wèn)題，這就不奇怪為什么諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)會(huì)頒給了這項(xiàng)生物技術(shù)。
美國(guó)化學(xué)會(huì)的期刊ACS Chemical Biology在2018年出版了一期關(guān)于CRISPR研究的?？?，其中有一篇文章是期刊主編Laura L. Kiessling (MIT) 對(duì)Jennifer A. Doudna的專訪。Doudna教授當(dāng)時(shí)雖然還未獲得諾獎(jiǎng)，但她已經(jīng)是CRISPR研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，我們?cè)谶@里節(jié)選幾段她受訪時(shí)的回答，來(lái)了解一下她心中的化學(xué)對(duì)她的研究起到了什么作用。
I wanted to be a chemist that applies chemistry to biology, and this was before we had the phrase "chemical biology." I'm sure if it was around at that time, that's what I would have done.
“我想成為一位將化學(xué)應(yīng)用于生物學(xué)的化學(xué)家，這是在有‘化學(xué)生物學(xué)’這一說(shuō)法出現(xiàn)之前我就有的想法。我確信這是在那個(gè)時(shí)候我會(huì)去做的事情?！边@段話是Doudna教授在采訪中提及她在高中時(shí)期受到化學(xué)的啟蒙，然后當(dāng)她剛進(jìn)入大學(xué)時(shí)的想法。然后當(dāng)她在被問(wèn)及哪些是分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)需要解決的問(wèn)題時(shí)她是這樣回答的：
This is a big one, and it's not unique to CRISPR, but any time you have technology that involves molecules that need to get inside of cells or inside of tissues, then you have got a chemical problem on your hands.
“這是一個(gè)廣泛的問(wèn)題，不只是在CRISPR的研究中獨(dú)有的，每當(dāng)你的研究技術(shù)涉及到需要進(jìn)入細(xì)胞或組織的分子時(shí)，那么你要解決的就是一個(gè)化學(xué)問(wèn)題?！碑?dāng)然，她還作了如下更深入的解釋。
I think that the more we can engage with chemists who really think deeply about these kinds of molecular properties–how do we modify the Cas9 protein itself, or how do we hook it up to something that will drag it into cells, get it across membranes or cell walls–that's probably the way that problem will be solved.
“我認(rèn)為還有很多地方需要我們跟那些能夠深入研究這些分子的化學(xué)家相互合作，比如我們?nèi)绾涡揎桟as9蛋白本身，或者找到能夠抓住它并將其拖入生物膜或細(xì)胞壁的工具，那可能就解決了一些問(wèn)題。”
從Doudna教授的回答中我們可以了解到，化學(xué)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)，尤其是分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)，甚至結(jié)構(gòu)生物學(xué)都影響巨大?；瘜W(xué)作為一門基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，就是為了能夠解決各種與化學(xué)相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題而存在的，其涉及的領(lǐng)域除了生物、醫(yī)學(xué)，還有材料、能源、環(huán)境等各種與世界及人類命運(yùn)相關(guān)的方面。
那么很多從事化學(xué)研究的學(xué)生和科研人員在看到CRISPR-Cas9這種技術(shù)時(shí)，可能更加關(guān)注的也是非常化學(xué)的問(wèn)題。特別是一名化學(xué)合成的研究者，可能想的是CRISPR是通過(guò)怎樣的化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了RNA分子？RNA又是通過(guò)什么化學(xué)反應(yīng)來(lái)控制Cas9蛋白？Cas9編輯DNA時(shí)又發(fā)生了哪些化學(xué)反應(yīng)？是斷開(kāi)了哪些化學(xué)鍵，又產(chǎn)生了哪些化學(xué)鍵？是通過(guò)哪種酶的催化經(jīng)過(guò)怎樣的機(jī)理產(chǎn)生的這一系列反應(yīng)？這些可能正是化學(xué)生物學(xué)需要解決的問(wèn)題，也正是Doudna教授說(shuō)的需要跟那些能夠深入研究這些分子的化學(xué)家相互合作從而解決更多問(wèn)題的地方。
前諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)的成員，Anders Liljas（emeritus professor, department of biochemistry and structural biology, Lund University）認(rèn)為，“我們應(yīng)該接受化學(xué)是一個(gè)更為寬泛的學(xué)科，而不僅僅是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)、有機(jī)、物理和分析化學(xué)?！?/span>
參考資料：
1. ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2, 290–295
2. https://cen.acs.org/people/nobel-prize/biochemists-life-scientists-winning-Nobel/97/web/2019/12
前諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)的成員，Anders Liljas（emeritus professor, department of biochemistry and structural biology, Lund University）認(rèn)為，“我們應(yīng)該接受化學(xué)是一個(gè)更為寬泛的學(xué)科，而不僅僅是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)、有機(jī)、物理和分析化學(xué)?！?/span>
參考資料：
1. ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2, 290–295
2. https://cen.acs.org/people/nobel-prize/biochemists-life-scientists-winning-Nobel/97/web/2019/12
圖標(biāo)_1.png)
? 
小馮
小倪
0