近日，备受瞩目的2020年诺贝尔化学奖揭晓获奖名单。德国马克斯·普朗克病原学研究所的Emmanuelle Charpentier博士以及美国加州大学伯克利分校的Jennifer A. Doudna博士因发现了CRISPR / Cas9基因剪刀——这一基因技术中最犀利的工具之一而斩获该奖项。

据悉，现年51岁的Emmanuelle Charpentier博士被誉为“基因编辑之母”，屡获殊荣。不为人知的是，她在45岁之前还无法雇用自己的技术员，也没获得过长期资助，然而经过艰苦漫长的实验研究，终于在基因编辑技术上爆发。

5个国家，9所大学，20年蛰伏，Emmanuelle Charpentier博士的基因编辑之旅，才刚刚启程。

为推进医学做贡献

1968年，Emmanuelle Charpentier生于法国巴黎附近的一个小镇上，曾学习钢琴和芭蕾舞剧的她，最终确定了自己的目标：推动医学发展，走生命科学研究道路。那时候，父母只是支持她的想法，但并没有任何指导。

从巴黎第六大学本科毕业后，Charpentier决定在附近的巴斯德研究所攻读博士学位。她的博士项目包括分析细菌DNA片段。这些片段游弋在基因和细胞间，使耐药性得以传播。她喜欢在圣热纳维耶芙图书馆学习，“我认为已经找到了自己的天地。”她说。

为了能在巴斯德研究所建立自己的实验室，她决定到国外进行博士后的研究，以积累经验。Charpentier投出了50多封求职信，拿到了一堆录取通知书，最终她选择到美国洛克菲勒大学微生物学家Elaine Tuomanen的实验室工作，致力于研究肺炎双球菌。这种微生物是肺炎、脑膜炎和败血症的主要致病菌，与运动遗传因子有特殊的单向转动关系。

一开始，Charpentier对大洋彼岸遥远的纽约感到恐惧，但后来发现自己其实适应力非常强。她在实验室进行了艰苦卓绝的实验，找出病原体如何监控和阻止相关元素，以及如何抵抗万古霉素。后来，她又去了纽约大学皮肤细胞生物学家Pamela Cowin的实验室。Cowin回忆说，Charpentier是她第一个不需要时刻照看的博士后。“她能按计划工作。她努力、严谨和细致”。

在纽约完成博士后项目后，Charpentier意识到自己是时候回去了。于是，她选择了奥地利维也纳的一所大学建立实验室，并依靠不稳定的短期经费开始运行实验室。

CRISPR基因编辑技术

在奥地利维也纳的实验室里，Charpentier第一次开始思考CRISPR基因编辑技术。在当时，还是一个冷门领域，只有少数的微生物学家注意到了这种部分细菌中存在的抗病毒防御系统组成部分。细菌能拷贝一个侵入病毒的部分DNA，然后将其插入到基因组中，从而在病毒下次来犯时，认出它来，将其DNA切断。不同的CRISPR系统在这个袭击过程中具有不同的方式，但所有已知的系统都包含一个RNA分子，也就是CRISPR RNA。

Charpentier希望能在S. pyogenes 基因组中找到调控RNAs的位点，为此她找到了分子微生物学家Jörg Vogel（曾研发出了一种大规模绘制基因组RNAs图谱的方法），对方同意完成S. pyogenes绘制图谱。

在此基础上，Charpentier等人首先注意到了一种超富集小分子：trans-activating CRISPR RNA (tracrRNA)。“最初，我们发现了一种新的RNA：tracrRNA，与CRISPR-Cas9系统相关，相关研究结果我们于2011年发表在Nature杂志。”

TracrRNA的序列和在基因组上的位置正是Charpentier生物信息学分析中，预测靠近CRISPR 位点的地方，因此她们意识到这个分子很可能参与了之前未曾被发现的 CRISPR 系统。Charpentier等人又开始了漫长的实验，希望能了解这个系统，最终她们发现CRISPR 系统包含了三个元件：tracrRNA, CRISPR RNA和 Cas9酶。

这令她感到十分惊讶：“其它CRISPR 系统只包含一个 RNA 和许多蛋白，没有发现这其中涉及两种RNAs，”Charpentier说。这一系统是如此的简单朴实，因此Charpentier断定未来有一天，它将会成为一种强大的基因工程工具。

但CRISPR 系统究竟是如何工作的呢？Charpentier怀疑两个RNA实际上可能相互作用，指引Cas9找到病毒中的一个特殊DNA序列。当时，因为CRISPR研究非常冷门，Charpentier很难说服学生们进行实验，验证两个RNAs是否相互作用。

在当时的CRISPR研究圈子里，Charpentier只是一个默默无闻的科研人员。真正改变她的，是在2011年的美国微生物学会会议上，她遇到了加州大学伯克利分校的结构生物学家 Jennifer Doudna。二人一见如故相谈甚欢，并着手合作研究CRISPR系统研发的第二个关键阶段——Cas9如何剪切DNA。随着其背后的秘密被解开，研究人员发现这一系统确实可以用于靶向基因组，修改序列。

Charpentier联系了当时就职于制药巨头赛诺菲的Novak，打算共同创立研究人类基因治疗方法学的公司。2013年11月，Charpentier、Novak和Shaun Foy共同成立了CRISPR Therapeutics公司。

为了将全部精力投入到基因科研中，她需要一个永久性职位，拥有更多机构的支持。于是，她把实验室搬到了德国，成为汉诺威医学院的教授，并兼任附近亥姆霍兹传染病研究中心部门主任。在这里，她终于雇佣了自己的技术员，建立了一个有16个博士生和博后的实验室。

如今，获得诺贝尔化学奖、生命科学突破奖等荣誉的Charpentier已经有充足的技术支持和资金支持。虽然在科研上已经硕果累累，但她仍旧沉迷于生命科学，“我一直没有变，我也不会变。我的科学家梦想让我站到了这里，我也会一直怀着这个梦想。”

来源：转化医学网、中国科学报、生物通

责任编辑：露露君

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