诺贝尔化学奖颁给2位欧美女生物学家，基因魔剪有望攻克医学难题

作者|卢伊 编辑|孙杨

诺贝尔开奖周进入第三天，化学奖开出最新获奖名单。

此前曾被视为诺贝尔生理学和医学奖获奖热门的基因编辑技术，反而拿下了化学奖。

10月7日下午，两位来自法国和美国的科学家埃玛纽尔·夏彭蒂埃（Emmaunuelle Charpentier）和詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna），因“研发出一种基因组编辑方法”，斩获2020年诺贝尔化学奖。

值得一提的是，这也是女性科学家的胜利。

此次折桂的两位学者均为女性，她们不仅成为第6和第7位女性诺贝尔化学奖得主，也首次创下由女性学者独占诺奖的纪录。二人将共享1000万瑞典克朗（约合人民币763万元）的奖金。

化学奖得主

基因魔剪：像“剪切”“粘贴”一样改写基因

意外爆冷，或许就是今年诺贝尔科学领域奖项的代名词。

在诺贝尔委员会公布此次化学奖获奖名单前，基因编辑一直被视为诺贝尔生理学和医学奖的热门竞争者，但一方面受“基因编辑婴儿”事件影响，各国相继对该技术施加限制，另一方面也因技术本身较“新”，因而有学者推测，这项“诺奖级”研究迟早会获奖，但不会这么快，更不会是荣获化学奖。

不过，人们的预测总是跟不上诺奖的结果，问世仅8年的基因编辑技术，和其背后的两位女性科学家，还是打破了许多个“不可能”。

对公众而言，基因编辑技术本身并不陌生。

虽然许多人并不清楚它的来龙去脉，却多少都对“基因魔剪”这个别称留有印象。

它就像一把剪刀，可以精确而轻松地切开任何生命DNA序列中的特定位点，然后在此删除或添加新的片段，就像我们在发微信时修改某个字一样。

基因魔剪示意图

因此，诺贝尔委员会称其为“基因技术中最犀利的工具之一”，将对生命科学产生革命性的影响，并有望治愈遗传性疾病。

“基因魔剪”问世前，研究人员若想修饰细胞中的基因，是一项非常耗时、艰难，甚至是不可能完成的工作，但此次获奖的CRISPR-Cas9技术却要简单得多。

CRISPR，这个看起来就很拗口的单词，有着更为拗口的解释：规律成簇的间隔短回文重复，简单来说，就是细菌体内一些异常重复的DNA序列。

这部分序列是细菌免疫系统的一部分，当有病毒入侵时，细菌体内将有专门的蛋白质负责将病毒DNA剪断，再将这些基因碎片粘贴到自身DNA中储存，有点类似电脑上剪切粘贴的操作。这样，当再遇病毒入侵时，细菌就能很快识别，做出反应。

但在2005年，当美国加州大学伯克利分校教授杜德纳刚步入这一领域时，包括她在内的科学家们还没弄清这段基因有何作用，更无法预料未来将发挥如此重大的作用。

直至2011年，杜德纳在一场学术会议上遇到了现任德国马克思·普朗克研究所感染生物学研究所所长的法国科学家夏彭蒂埃，后者自2000年就开始研究CRISPR系统。两位女士相互吸引，当即决定联手。

一年后，二人的研究成果“基因魔剪”被刊载在《科学》杂志上，立刻引起了广泛关注。

此后，该技术迅速在医学、农业等领域中得以试验和发展。

如研究人员已利用该技术开发出能够抵抗霉菌、害虫并抗旱的农作物。而在医学领域，该技术可对特定致病基因进行替换和改造，防止或抑制疾病发生，如美国学者就利用该技术用于治疗人骨髓瘤、黑色素瘤和肉瘤的癌症。而对于如镰刀型细胞贫血症等因基因缺陷所致的疾病，则可通过“基因剪刀”对其有缺陷的基因进行修正，为治愈疾病提供希望。

“这些遗传剪刀将生命科学带入了一个新时代，并在许多方面为人类带来了最大利益。”诺贝尔委员会评价称。

此前，杜德纳和夏彭蒂埃还曾先后斩获生命科学突破奖、堪称“诺奖风向标”的阿尔伯特奖，和有着“小诺奖”之称的加拿大盖尔德纳国际奖。此次获得诺奖，可谓实至名归。

基因编辑往事：定制婴儿与专利争议

“基因魔剪”的问世也引发一场伦理地震。主要争议点在于，这项技术是否可直接用于编辑人类基因组。

一直以来，人们不断在科幻作品中提出，终有一天，人们可通过基因工程“定制”后代，比如是男是女，身高多少，瞳色发色如何等等。这种看似天方夜谭的设想，在基因编辑技术的帮助下，就有可能实现。

但受现有技术条件限制，这么做的不确定性极高，风险或将大于获益，因此备受关注。

在此条件下，就不得不提到两位与之相关的人物，他们也更为公众所熟知：一个是华人学者张锋，一个则是“科学狂人”贺建奎。

其中，华人科学家、麻省理工学院教授张锋是最早实现并证明CRISPR-Cas9基因编辑技术可用于编辑人类细胞的学者，因此一直是诺贝尔奖的热门人选。

作为拓展该技术应用领域的探路人之一，张锋的贡献被称为给基因编辑技术“带来了暴风骤雨般的变化”，但此次诺奖，他却无缘折桂。

引人注目的不仅是他的华人身份和学术贡献，早在2014年，他还和此次诺奖得主杜德纳发生过专利权纠纷。

2014年，张锋在完成有关人类细胞基因编辑技术的研究后，也拿下了该项技术应用于真核生物的首个专利授权。由于真核生物范围极大，包含所有已知的动植物和人类，其商用前景非常广泛。

但这却遭到了此次诺奖得主杜德纳团队的反对。他们认为，杜德纳才是基因编辑技术的发明人，不仅更早提出该技术可用于人类细胞，也更早提出专利申请，但张锋却“后来者居上”，获得专利属于“不正当竞争”。

经过近1年的交锋，双方两次闹上法庭。法院最终裁决，张锋申请的专利毫无争议，并未侵犯杜德纳方的利益，因此张锋申请的专利依然有效。

此后，这项技术在人体应用上不断拓展。中国也曾将该技术用于人体，且主要集中于治疗领域。

2015年前，合肥一家医院曾在肿瘤患者身上试验此技术。

方法很简单，医院招募患者，抽血，用基因剪刀切除引发病症的基因，再将这些经人工改造的细胞回输患者体内，希望能杀灭癌症。

当时，的确有部分实验对象的肿瘤缩小，病情好转。

一年后，杭州肿瘤医院，院长吴式琇将约100页的报告和ppt带往评审现场，由医生、律师和患者组成九人评审委员会来决定，该院是否采用相同的基因魔剪治疗癌症。

决定下来得很快，只一个下午，全票通过。

但最终，86名病患中，至少15人不幸死亡。吴式琇认为，死因为由患者本身疾病所致，与基因编辑技术无关。

在基因治疗领域，的确有不少科学家不断试探将基因编辑工具用于临床的可能性，但有一条红线他们不敢碰：不能开展以生殖为目的的基因编辑临床试验。

这在国内《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》等规定中，亦被明令禁止。

前述研究由于只采集患者的体细胞，在体外进行基因编辑，再回输体内，由于体细胞会不断更新，既不具遗传性，也不会将改造的基因传递给下一代，这种人体试验相对安全，也不在禁止范围内。

但2018年末，原南方科技大学生物系副教授，也是9家民营科技公司负责人的贺建奎，却利用基因编辑技术，在两名婴儿还是一团细胞时，就剪掉了她们体内部分基因，试图以此使其免受艾滋病毒感染。

“直接进行人体试验，只能用疯狂形容。”此事一出，随即遭到国内外超过140名学者联名声讨，认为此举有违科学伦理。

最终，贺建奎锒铛入狱，基因编辑技术有关应用也逐渐收紧。如我国就在《生物医学新技术临床应用管理条例（征求意见稿）》中，将基因编辑技术列为高风险生物医学新技术，且对于未经临床研究证明安全有效性的生物医学新技术，不得进入临床应用。

此次公布诺贝尔化学奖时，基因编辑技术的伦理问题也备受关注。发布会上，曾有发言人提及“基因编辑技术唯一的缺陷，就是人们的想象力”。但她随即强调，基因编辑技术的伦理和科学规范同样非常重要。

理工三奖花落欧美学者，诺奖大国日本怎么了？

近年，国人的“诺贝尔热”大有渐冷趋势。

尤在今年，或许也因赶上新冠疫情后的首个长假，大家多在外游玩散心，分给诺奖的精力被大大压缩。只在一些书店的“诺奖专柜”上，觅得一丝与奖项有关的痕迹。但商家的关注点也多在文学和经济方面，相比之下，理工三奖更显冷清。

更为冷清的是，曾经的诺奖热门赢家——日本学者，这次亦空手而归，令人倍感意外。

就在诺奖公布前两周，就曾有两位日本科学家分别因癌症个体化治疗和分子自组装化方面的研究成果，拿下2020年科睿唯安“引文桂冠奖”。后者一度有“诺奖风向标”之称，至2016年，获得此奖的278人中，43人终成诺奖得主。

不过，他们今年也遗憾“陪跑”了。

在角逐诺贝尔奖方面，日本无疑是近年来一匹竞争力强劲的“黑马”。

作为除欧美国家外，拥有最多诺贝尔奖得主的国家，日本一直是亚洲各国的领跑者。

截至2019年，短短70年里，已有28位日本人（含日裔）获得过诺贝尔奖。其中，科学领域获奖者多达24人，包括物理学奖得主11人、化学奖8人、生理或医学奖5人，此外，还有文学奖3人及和平奖1人。这意味着，除经济学奖外，日本人几乎已包揽诺奖各大奖项。

进入21世纪后，日本人斩获诺贝尔奖的次数足有14次，仅次于美国，居世界第二，并曾3次开出当年诺奖“双黄蛋”，即同年在不同领域分获大奖。

更令人惊讶的是，自2014年起，历年诺奖得主中，日本人未曾缺席。至今，这一“传统”才可能被打破。

不过，如果翻看诺贝尔奖获奖史就会发现，早年间也有不少日本学者惨遭忽略，理由千奇百怪。

如1996年的诺贝尔化学奖授予三位英美学者，以表彰其共同发现了形似足球结构的碳60。但实际上，最早预言该分子存在的其实是日本学者大泽映二，这点也得到三位诺奖得主的认可，他们甚至在颁奖演讲中提及此事。

但，只因大泽的相关论文都是用日文撰写的，且仅发表在日本国内刊物上，因而一直未获国际关注，终与诺奖失之交臂。

后据诺贝尔委员会的说明，日本人早期之所以屡遭忽略，是由于提名者“推荐信回复率”相对较低，致使评委不易判断。

但随着近年日本诺奖得主“井喷”，这一窘境显然已得到扭转。

为追逐诺奖，日本也是很拼的。

早在2001年，日本就在《第二个科学技术基本计划》中明确提出，要在2050年前培养出30个诺奖得主。

尽管当时曾有不少学者认为这是“不可能完成的任务”，甚至认为日本或为拿奖不择手段，但随着日本不断刷新成绩单：用不足1/2的时间，完成了2/3（19/30）的目标，成效不可谓不显著，这些质疑也烟消云散了。

除诺奖外，日本学者在沃尔夫奖、拉斯克奖等其他科学领域大奖上的表现，亦为亚洲之冠。

“日本是怎么做到的？”几乎成为每年诺贝尔开奖周都无法回避的问题。

而几乎所有分析文章都无法忽视的一个因素是：经济飞速发展后，政府加大了科研投入。

早在1960年，日本就在“振兴科学技术的综合基本政策”中提出，力争将国民收入的2%用于科学研究。此后，除去经济泡沫破裂初期一段时间，这一数字基本处于攀升态势。

充足的科研经费不仅带来先进的实验设备和科研环境，也吸引了大量优秀人才。

改善大学教育，也是日本学界得以“乘风破浪”的另一原因。

一方面，自1960年代起，日本高校总数和教育规模均快速上涨，使更多人得以接触甚至从事科研工作，学术成果数量也迅速增多。

同时，日本高校也重视科研，学风自由，不断吸纳科研人员，并为其科研工作创造条件。其中，东京大学、京都大学、名古屋大学等7所前身为二战前“帝国大学”的国立综合大学，更因此成为日本诺奖得主的摇篮。

这些举措既成为日本科研工作的极大助力，也留住了大量人才。

值得一提的是，目前，绝大多数获得诺贝尔科学领域奖项的日本学者，都是土生土长的日本人，不仅其主要研究工作在日本完成，他们成名后也未移民至欧美国家。

即使对于仅有的例外：南部阳一郎和中村修二，尽管二人获奖时已是美籍日本人，但他们都是先在日本完成了获奖研究后，才移居美国，并获美国国籍的。

这与多数华人诺奖得主的学术足迹，并不相同。

考虑到此次诺贝尔奖还有文学、经济、和平三项未开，日本人能否蝉联，仍值得关注。

万一，下一个就是陪跑多年的村上春树呢？