信息直通车２０２０年诺贝尔化学奖简介
２０２０年１０月７日瑞典皇家科学院宣布ꎬ将２０２０年诺贝尔化学奖授予法国科学家埃马纽埃尔 沙尔庞捷(ＥｍｍａｎｕｅｌｌｅＣｈａｒｐｅｎｔｉｅｒ)和美国科学家詹妮弗 杜德纳(ＪｅｎｎｉｆｅｒＡ.Ｄｏｕｄｎａ)ꎬ以表彰她们在新一代基因编辑技术ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ９研究领域作出的贡献ꎮ这是诺贝尔奖史上首次由两位女性双双获得同一奖项ꎬ为诺贝尔奖增添了一抹绚丽的彩!永明体
３０年前ꎬ一位西班牙年轻人ＦｒａｎｃｉｓｃｏＭｏｊｉｃａ在当地的一
所大学开始攻读博士学位ꎬ在分析圣波拉海滩上古细菌
教学一点通(Ｈ.ｍｅｄｉｔｅｒｒａｎｅｉ)的ＤＮＡ序列时ꎬＭｏｊｉｃａ观察到了一个有趣的 现象 这些微生物的基因组里ꎬ存在许多奇怪的 回文 片
段ꎮ对于这种具有规律性的重复ꎬＭｏｊｉｃａ称之为 成簇规律间
隔短回文重复序列 (ｃｌｕｓｔｅｒｅｄｒｅｇｕｌａｒｌｙｉｎｔｅｒｓｐａｃｅｄｓｈｏｒｔｐａｌｉｎ￣
ｄｒｏｍｉｃｒｅｐｅａｔｓ)ꎬ缩写为ＣＲＩＳＰＲꎮＭｏｊｉｃａ推断：如果两种有着
巨大差异的微生物细胞中都有这种奇怪的序列ꎬ这就说明它
肯定有着某种特殊的功能ꎮ在成立了自己的实验室后ꎬ他又 发现大约另外２０多种微生物中ꎬ同样具有ＣＲＩＳＰＲ序列ꎮ然
而ꎬ这种奇怪序列的功能ꎬ却迟迟未能得到解答ꎮ
事实上ꎬＣＲＩＳＰＲ的首次报道是在１９８７年ꎬ日本学者石野良纯(ＹｏｓｈｉｚｕｍｉＩｓｈｉｎｏ)小组在分析大肠杆菌基因ｉａｐ及周边序列时偶然发现了一段位于该基因３ᶄ端的重复序列ꎬ其中含５个长２９个碱基对(ｂｐ)的高度同源序列ꎬ它们与一段不保守但等长的３２ｂｐ序列间隔排列ꎮ然而ꎬＩｓｈｉｎｏ当时并没有对ＣＲＩＳＰＲ序列进行深入的研究ꎮ２００２年ꎬ荷兰学者ＲｕｕｄＪａｎｓｅｎ等通过生物信息学分析发现了Ｃａｓ(ＣＲＩＳＰＲ￣ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ)蛋白ꎮＣａｓ为核酸相关蛋白ꎬ具有螺旋酶(ｈｅｌｉｃａｓｅ)和核酸酶(ｎｕｃｌｅａｓｅ)结构域(其酶活性ＨＮＨ结构域剪切ｃｒＲＮＡ互补链ꎬ而ＲｕｖＣ剪切非互补链)ꎬ存在于含有ＣＲＩＳＰＲ结构的原核基因组中ꎬ总是位于ＣＲＩＳＰＲｓ的邻近位置ꎮＪａｎｓｅｎ与Ｍｏｊｉｃａ将该系统命名为ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ系统(ＣＲＩＳＰＲ￣Ｃａｓｓｙｓｔｅｍ)ꎮ结构决定功能ꎬ这个重复结构到底有什么功能?当时并不为人们所知ꎮＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ是功能上的获得性防御系统 细菌和古细菌如何辨识到入侵病毒是一种威胁的?２００５年ꎬＭｏｊｉｃａ等３个独立的小组通过生物学信息分析证明ＣＲＩＳＰＲ的间隔(ｓｐａｃｅｒ)序列是来自外源的ＤＮＡꎬ他们推测这种ｓｐａｃｅｒ可能对外来ＤＮＡ具有防御作用ꎮ２０１０年ꎬＭｏｉｎｅａｕ小组对嗜热链球菌(Ｓ.ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ)Ⅱ型ＣＲＩＳＰＲ系统进行研究ꎬ确定了该系统在外源双链质粒ＤＮＡ上精确的切割位点ꎬ确认Ｃａｓ９是介导靶序列切割所需的唯一蛋白ꎮ２０１１年ꎬＣｈａｒｐｅｎｔｉｅｒ在利用化脓性链球菌(Ｓ.ｐｙｏｇｅｎｅｓ)的研究中发现了一种未知分子：反式编码的小ＲＮＡ(ｔｒａｎ
ｓ￣ｅｎｃｏｄｅｄｓｍａｌｌＲＮＡꎬｔｒａｃｒＲＮＡ)ꎮ研究表明ꎬｔｒａｃｒＲＮＡ是细菌免疫防御系统ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ的一部分ꎬ该系统通过切割噬菌体的ＤＮＡ而解除其武装ꎬ从而抵抗噬菌体入侵细菌ꎮ至此ꎬ对ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ获得性防御性功能的作用机制已有了确切的认识ꎬ这为以后利用该系统发展基因编辑技术奠定了基础ꎮ整个过程大体分为３个步骤(图１)ꎮ步骤①:ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ系统识别出入侵病毒的 名字 原间隔序列邻近基序(ｐｒｏｔｏｓｐａｃｅｒａｄｊａｃｅｎｔｍｏｔｉｆꎬＰＡＭ)ꎻ登记它的 身份证 原间隔序列(ｐｒｏｔｏｓｐａｃ￣ｅｒ)ꎻ把入侵者身份信息间隔(ｓｐａｃｅｒ)序列作为 档案 ꎬ记录到 名单 (ＣＲＩＳＰＲ)序列中ꎮ完成外源ＤＮＡ俘获ꎮ步骤②：由ｃｒＲＮＡ㊁Ｃａｓ(包括Ｃａｓ９)和ｔｒａｃｒＲＮＡ组成的复合物形成最终的防御系统ꎮ此复合物将根据入侵病毒的类型ꎬ选取对应的间隔(ｓｐａｃｅｒ)序列ＲＮＡꎬ并在ＲＮａｓｅⅢ的协助下对这段序列进行剪切ꎮ最终产生一段短小的成熟ｃｒＲＮＡ(ＣＲＩＳＰＲ￣ｄｅｒｉｖｅｄＲＮＡꎬ包含单一种类的间隔序列ＲＮＡ和部分重复序列区)ꎮ步骤③：这个复合物将扫描整个外源ＤＮＡ序列ꎬ并识别出与ｃｒＲＮＡ互补的原间隔序列ꎮ这时ꎬＣａｓ９蛋白发挥作用ꎮ最终ꎬＣａｓ９使ＤＮＡ双链断裂ꎬ外源ＤＮＡ的表达被沉默ꎬ破坏入侵病毒ꎬ完成靶向干扰ꎮ
bbc全景
四月的声音ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ９系统作为一种基因编辑工具的发现
向家坝水电站ＣＲＩＳＰＲ/Ｃａｓ系统广泛存在于原核生物并可作为获得性防御系统抗击入侵的噬菌体和外源质粒ꎮＣａｓ蛋白的功能体现在三个不同的层次:１)新的ＤＮＡ间隔序列与ＣＲＩＳＰＲ基因座整合ꎻ２)ｃ
ｒＲＮＡｓ生物合成ꎻ３)沉默入侵ＤＮＡꎮ
Ⅲ
>韩寒的杂志
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