基因剪刀和基因编辑(1)
2020年的诺贝尔化学奖授予美国加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和在德国马克斯·普朗克感染生物学研究所工作的法国教授埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)，以表彰她们发明基因修饰方法CRISPR-Cas9。
基因剪刀和基因编辑的原理
CRISPR的全称有些拗口，为“规律成簇间隔短回文重复”(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。Cas是Caspase的简称，全称是含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶。这是一组蛋白酶，Cas9是其中之一。此外，与CRISPR一起发挥功能的还有其他酶，如核酸酶蛋白Cpf1，因此也可称为CRISPR/Cas系统，包括CRISPR-Cas9、CRISPR-Cpf1、CRISPR-C2c1和CRISPR- C2c2等，它们都是基因剪刀，但应用最多的是CRISPR-Cas9。
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CRISPR-Cas9是目前比较精确，而且切割速度较快的一种基因剪刀，利用这把剪刀可以对动物、植物和微生物的DNA进行有目标性的编辑加工(剪切、删除、位移和增加等)，从而治疗疾病，尤其是遗传病，以及获得人们想要的作物和生物产品。
研究人员早就发现，CRISPR与很多能够侵入细菌的噬菌体DNA序列相同，噬菌体DNA的这些序列在被转录为RNA后，就成为靶向RNA(gRNA)，能够和细菌产生的Cas蛋白形成复合体，并引导Cas蛋白。当复合体检测到入侵的DNA和靶向RNA序列一致时，Cas蛋白就能够切割入侵的DNA，据此细菌可以保护自己，防御噬菌体的入侵。可以说，这是生物的一种天生的免疫防御机制。
当CRISPR与Cas9结合成为CRISPRCas9系统时，就成为一种有目标和能精确控制的基因剪刀，能比较准确地切割某种基因。
杜德纳和卡彭蒂耶正是因为证明了CRISPR-Cas9基因剪刀的准确和有效而获得今年的诺贝尔化学奖。卡彭蒂耶在对人类造成极大伤害的化脓性链球菌的研究中首先发现一种以前未知的分子—tracrRNA。研究表明，tracrRNA是细菌古老的免疫系统CRISPR/Cas的一部分，该系统通过切割噬菌体的DNA而解除其武装，从而抵抗噬菌体DNA的侵入。2011年卡彭蒂耶发表了她的研究结果。
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同一年，卡彭蒂耶与拥有丰富RNA知识的资深生物化学家杜德纳合作，获得突破性的成果。她们在2012年6月发表的论文中称，其团队纯化了Cas9蛋白，发现它是双RNA引导的DNA内切酶，并首次在体外(试管中)证明使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链，说明CRISPR在活细胞中有修改基因的能力。同时，她们简化了基因剪刀的分子成分，创建了CRISPR-Cas9基因剪刀，因此更易于使用。她们是最早把细菌天然免疫系统转化为CRISPR-Cas9基因剪刀的，并使其具有任意切割基因的功能。后来，卡彭蒂耶和杜德纳又用CRISPR-Cas9基因剪刀成功编辑了大肠杆菌的基因，结果表明CRISPR-Cas9比起之前的其他基因剪刀更有效和准确。
发现历程和争议
CRISPR被视为一种能改变整个生物领域的工具和成果，在疾病治疗、农业生产等方面有极大的应用潜力。但是，CRISPR和CRISPR-Cas9的发现和发明并非只有获奖者两个人的贡献，而是一大批科学家不断研究、相互印证的结果。
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美国的《细胞》杂志曾发文回顾过CRISPR技术的早期发展过程，同时美国麻省理工学院-哈佛大学博德研究所所长埃里克·兰德也对CRISPR基因编辑技术的发明过程有过总结。结合这两者及其他研究，可以简单归纳CRISPR和CRISPR-Cas9的发明过程。
1987年，日本科学家石野良纯团队在分析大肠杆菌iap基因及周边序列时偶然发现了一段位于3’端存在29个核苷酸高度同源的重复序列，它们被含32个核苷酸的序列间隔开，由此揭开了CRISPR的面纱。
1993年，西班牙科学家弗朗西斯科·莫伊卡在嗜盐古细菌的基因组中发现了大约30个碱基对(bp)长度的回文重复序列(CRISPR)，这些序列由36个碱基对的间隔序列隔开。2005年，莫伊卡又发现CRISPR序列中2/3的间隔序列为病毒或外源质粒的序列，因而认定CRISPR系统与细菌的获得性免疫有关。
2005年，法國科学家吉利斯·维格诺德和俄罗斯科学家亚历山大·博洛廷也证明，CRISPR与细菌的获得性免疫有关。
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2007年，服务于杜邦公司的法国分子生物学家菲利普·霍瓦特等人在研究生产酸奶的乳酸杆菌对噬菌体的抗性时，发现了Cas7和Cas9蛋白在CRISPR中的作用，Cas7产生间隔和重复序列，Cas9则是核酸酶。
2008年8月，荷兰科学家范德欧斯特等人鉴定了一系列Cas蛋白，发现这些蛋白需要切割61个碱基对的前体RNA(crRNA)才有功能，由此弄清了crRNA的作用。他们据此人工设计相应的crRNA序列，使细菌获得了抵抗噬菌体的特性。这是人类首次编辑CRISPR系统。
2008年12月，阿根廷科学家卢西亚诺·马拉夫尼团队证实CRISPR系统的底物是DNA，并且提出该系统有可能用于DNA编辑，是一种有效的基因剪刀。, http://www.100md.com(田地)