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一个重写生命密码的工具


一个重写生命密码的工具
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如果想要了解生命的内部运作 ， 我们需要能够修改细胞中的基因 。 曾几何时 ， 这是一项耗时耗力、几乎无法完成的艰巨任务 。 然而现在 ， 利用CRISPR/Cas9基因“魔剪” ， 我们可以在几周的时间内就改变生命的密码 。
这是一种有着巨大潜力的基因工具 ， 不仅能帮助我们理解基因是如何工作的 ， 还在很多领域都具有实际应用：从治疗癌症、到编辑胚胎中致病性的基因突变、再到革命性地改变食物生产 。
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利用基因魔剪 ， 研究人员几乎可以编辑所有生物的基因组 。 | 图片来源：nobelprize.org
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科学最大的魅力之一在于不可预测性 ， 很多时候 ， 你无法预知一个想法或一个问题将会带来哪些意外的惊喜 。 基因魔剪的诞生也是意料之外的产物 。 2002年 ， 当埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）成立了自己的研究小组时 ， 她把研究重点放在了一种对人类有着极大危害的细菌上 ， 这种细菌名为酿脓链球菌（Streptococcus pyogenes） 。 从中 ， 她发现了一种之前未知的RNA分子——tracrRNA 。 她的研究表明 ， tracrRNA是细菌的古老的免疫系统——CRISPR/Cas的一部分 ， 它可以通过裂解病毒的DNA来瓦解病毒 。
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当病毒感染细菌时 ， 它们会将有害的DNA送入细菌之中 。 如果细菌能在感染中幸存下来 ， 它的基因组中就插入了一段病毒DNA ， 就像有了病毒的记忆一样 。 然后这些DNA会被用来保护细菌免受新的感染 。 | 图片来源：nobelprize.org
2011年 ， 卡彭蒂耶发表了她的这项发现 。 同年 ， 她开始与詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）合作 。 杜德娜是一名经验丰富的生物化学家 ， 对RNA有着深刻的了解 。 她们一起成功地在试管中再造了这种细菌的基因魔剪 ， 并简化了魔剪的分子组成 ， 使其更易使用 。
在一个革命性的实验中 ， 她们对基因魔剪进行了重新编码 。 在这些魔剪的自然形态下 ， 它们可以从病毒中识别出DNA ， 但卡彭蒂耶和杜德娜证明了 ， 它们是可以被控制的 ， 因此它们可以对任何DNA分子的指定位置进行切断 。 在DNA被切断的地方 ， 就可以很轻易地对生命密码进行改写 。
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CRISPR/Cas9基因魔剪：当研究人员要用基因魔剪来编辑一个基因组时 ， 他们会人工构建一个指导RNA ， 它与将要被切割的DNA代码相匹配 。 魔剪蛋白Cas9与指导RNA形成复合物 ， 将魔剪带到基因组中将要进行切割的地方 。 | 图片来源：nobelprize.org
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自2012年卡彭蒂耶和杜德娜发现CRISPR/Cas9基因魔剪以来 ， 这种技术得到了广泛地使用 。 它促成了基础研究中的许多重要发现 ， 从事植物学研究的科学家已经能够培育出耐霉、耐害虫和耐干旱的作物 。 在医学方面 ， 新的癌症疗法的临床试验正在进行 ， 能够治愈遗传性疾病的梦想或许即将实现 。 这些基因魔剪将生命科学带入了一个新时代 ， 并在诸多方面都给人类带来了最大的益处 。 放眼望去 ， 我们看到了无穷的潜力 ， 在探索这片新领域的过程中 ， 我们肯定会有新的、意想不到的发现 。


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