Jennifer A. Doudna & Emmanuelle Charpentier
圖片來源：美國化學會期刊ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2
CRISPR是一種存在于細菌里的重復編排的DNA序列，其全稱為Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，這是細菌在抵御了外來病毒的入侵并存活后，自身產生的一種特殊DNA序列。而與CRISPR相關的一系列叫Cas（CRISPR-associated）的蛋白，則是被用于切割類似病毒的DNA從而起到預防病毒再次入侵的作用，Cas9又是被當今科學界研究應用最廣泛的一種，這就是基因編輯技術中最耳熟能詳的CRISPR-Cas9體系。這個體系其實是一種通過RNA引導來修飾基因的分子過程，這個過程即復雜又非常的精密，簡單的理解，就是由CRISPR創造的RNA分子設計制造出一種可以識別特定DNA序列的Cas9蛋白，然后利用這種Cas9蛋白對所識別的DNA序列進行剪切或編輯。
所以整個CRISPR-Cas9的基因編輯過程是DNA序列分子，引導的RNA分子，由RNA編輯制造的Cas9蛋白分子和最后被編輯的目標DNA序列分子，一起經過彼此間各類復雜的化學反應來完成的。所以CRISPR-Cas9其實是化學生物學家們利用化學的概念和工具以及化學分子手段來理解和操控生物系統的一種技術。這一生物技術從發現到發展至今，很多時候都是在解決化學問題，這就不奇怪為什么諾貝爾化學獎會頒給了這項生物技術。
美國化學會的期刊ACS Chemical Biology在2018年出版了一期關于CRISPR研究的專刊，其中有一篇文章是期刊主編Laura L. Kiessling (MIT) 對Jennifer A. Doudna的專訪。Doudna教授當時雖然還未獲得諾獎，但她已經是CRISPR研究領域的領軍人物，我們在這里節選幾段她受訪時的回答，來了解一下她心中的化學對她的研究起到了什么作用。
I wanted to be a chemist that applies chemistry to biology, and this was before we had the phrase "chemical biology." I'm sure if it was around at that time, that's what I would have done.
“我想成為一位將化學應用于生物學的化學家，這是在有‘化學生物學’這一說法出現之前我就有的想法。我確信這是在那個時候我會去做的事情。”這段話是Doudna教授在采訪中提及她在高中時期受到化學的啟蒙，然后當她剛進入大學時的想法。然后當她在被問及哪些是分子生物學和細胞生物學需要解決的問題時她是這樣回答的：
This is a big one, and it's not unique to CRISPR, but any time you have technology that involves molecules that need to get inside of cells or inside of tissues, then you have got a chemical problem on your hands.
“這是一個廣泛的問題，不只是在CRISPR的研究中獨有的，每當你的研究技術涉及到需要進入細胞或組織的分子時，那么你要解決的就是一個化學問題。”當然，她還作了如下更深入的解釋。
I think that the more we can engage with chemists who really think deeply about these kinds of molecular properties–how do we modify the Cas9 protein itself, or how do we hook it up to something that will drag it into cells, get it across membranes or cell walls–that's probably the way that problem will be solved.
“我認為還有很多地方需要我們跟那些能夠深入研究這些分子的化學家相互合作，比如我們如何修飾Cas9蛋白本身，或者找到能夠抓住它并將其拖入生物膜或細胞壁的工具，那可能就解決了一些問題。”
從Doudna教授的回答中我們可以了解到，化學技術對現代生物學，尤其是分子生物學和細胞生物學，甚至結構生物學都影響巨大。化學作為一門基礎的實驗學科，就是為了能夠解決各種與化學相關的科學問題而存在的，其涉及的領域除了生物、醫學，還有材料、能源、環境等各種與世界及人類命運相關的方面。
那么很多從事化學研究的學生和科研人員在看到CRISPR-Cas9這種技術時，可能更加關注的也是非常化學的問題。特別是一名化學合成的研究者，可能想的是CRISPR是通過怎樣的化學反應創造了RNA分子？RNA又是通過什么化學反應來控制Cas9蛋白？Cas9編輯DNA時又發生了哪些化學反應？是斷開了哪些化學鍵，又產生了哪些化學鍵？是通過哪種酶的催化經過怎樣的機理產生的這一系列反應？這些可能正是化學生物學需要解決的問題，也正是Doudna教授說的需要跟那些能夠深入研究這些分子的化學家相互合作從而解決更多問題的地方。
前諾貝爾化學獎評委會的成員，Anders Liljas（emeritus professor, department of biochemistry and structural biology, Lund University）認為，“我們應該接受化學是一個更為寬泛的學科，而不僅僅是傳統的無機、有機、物理和分析化學。”
參考資料：
1. ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2, 290–295
2. https://cen.acs.org/people/nobel-prize/biochemists-life-scientists-winning-Nobel/97/web/2019/12
前諾貝爾化學獎評委會的成員，Anders Liljas（emeritus professor, department of biochemistry and structural biology, Lund University）認為，“我們應該接受化學是一個更為寬泛的學科，而不僅僅是傳統的無機、有機、物理和分析化學。”
參考資料：
1. ACS Chemical Biology 2018, Volume 13, Issue 2, 290–295
2. https://cen.acs.org/people/nobel-prize/biochemists-life-scientists-winning-Nobel/97/web/2019/12
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