2020年的诺贝尔化学奖颁发给了两位女士,法国的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶和美国的詹妮弗·杜德娜,表彰她们“开发出了一种基因组编辑方法”。诺贝尔本人是炸药大王,是个化学家,因此他在设立奖项的时候无论如何不可能忘了老本行化学,况且化学是一个和生产生活结合非常紧密的实用学科。但是,恐怕他不会想到如今的诺贝尔化学奖实际上已经成为了理综奖,往下可以兼顾物理学,往上可以兼顾分子生物学,学科的界线已经变得模糊了。
这一次的化学奖实际上是给“基因编辑技术”颁的,因为这两位了不起的女科学家发现了基因技术中最强大的工具之一:CRISPR/Cas9基因剪刀。我先给你简单介绍一下CRISPR/Cas9基因剪刀的来龙去脉。上世纪九十年代初,西班牙生物学家莫伊卡在研究古细菌的时候发现了一个奇怪的现象,就是一些固定编码的基因序列,会间隔着重复出现。
这种现象就被命名为CRISPR,它是一串英文首字母的缩写:常间回文重复序列丛集关联蛋白系统。
莫伊卡猜想,大肠杆菌很可能是从噬菌体上剪下了一段基因片段,插进了自己的基因序列里,来作为识别标记。这下,子子孙孙都能认识这种噬菌体。认识了敌人,就能应对这种噬菌体的攻击。2003年,莫伊卡写了一篇论文投稿给了《自然》杂志,结果被拒了。他投了一圈,大牌杂志都不肯接纳。最后他投给了份影响因子不高的杂志,人家倒是肯接受,但是修改和审核折腾了1年。
从一个科学发现,变成一个实用技术,其中的路还很长很长。
等到大家明白过来,进入这个领域的人一下子就多起来了。2010年,这方面的论文只有不到50篇,而到了2015年,暴增到1100篇。完成里程碑工作的就是卡彭蒂耶,她与另外一位女性科学家杜德娜搭档,共同研究基因编辑技术。她们利用一种叫做Cas的核酸酶,也叫Cas蛋白。
这种蛋白其实是细菌用来抵御病毒免疫系统的关键部分,它可以通过自身绑定的基因序列识别出病毒的基因,然后这种蛋白就会像一把大剪刀一样,把病毒的基因序列给咔嚓了,病毒自然也就失去了感染能力。
这个成就被认为是生物学史上最重要的科学发现之一。然后,这二位女士就拿奖拿到手软。2015年,她们俩获得了“生命科学突破奖”,奖金足足有300万美元,是诺奖的3倍。
2016年,她们获得了沃伦·阿尔珀特奖,奖金50万美元。2020年,她们又拿了沃尔夫奖,奖金10万美元。这些年,其他奖项她们也拿了不少,全部开列的话,能写上一大串。但是这些显然都不是最重要的奖项,诺奖才是皇冠上的明珠。业内人士都在猜测,这个成果迟早会得诺奖,但是只听楼梯响……靴子今年终于掉下来了。
基因编辑技术能非常好地体现科学和技术之间的关系。基因可以因为外部原因发生改变,以及Cas9蛋白可以剪断DNA长链,这些是科学发现。而把这个科学发现变成可以按照人们的需要修改目标的基因,这是一种技术。诺奖更青睐颁奖给重要的科学发现,颁给重大技术发明的比例则要小很多。认识科学,弄清楚科学和技术之间的关系是非常重要的。没有科学发现,技术发明就是无本之木,而重大的技术发明也会极大地促进科学发现的效率。