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诺贝尔化学奖揭晓:两位获奖者均为女科学家!

视角学社 2022-10-01


诺贝尔奖的创立者瑞典人阿尔弗雷德•诺贝尔本人就是一名化学家,曾发明硝化甘油炸药。按照他的遗嘱,诺贝尔化学奖颁发给在化学方面做出重要发现和取得重大成果的人士。


据诺贝尔奖官网最新消息,北京时间10月7日17时45分,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布,2020年诺贝尔化学奖“花落”法国生物化学家埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和美国化学家珍妮弗·杜德纳(Jennifer A. Doudna),以表彰这两位女性科学家“发现了基因编辑技术中最有力的工具之一:CRISPR /cas9基因剪刀”,她们将分享1000万瑞典克朗(约760万元人民币)的奖金。


诺贝尔委员会在官方颁奖词中表示:“借助这些技术,研究人员可以非常精准地改变动物、植物、和微生物的DNA。CRISPR /cas9基因剪刀彻底改变了分子生命科学,为植物育种带来了新机遇,有望催生创新性癌症疗法,并可能使治愈遗传性疾病这一人类梦想美梦成真。”




获奖成果

 

CRISPR/Cas9技术的作用原理:①第一步,构建向导RNA,该RNA的其中一段序列与目标DNA相匹配;②第二步,将向导RNA附着在可将DNA双链切断的Cas9酶上;③第三步,将Cas9与向导RNA引入到目标细胞中,向导RNA会找到与其匹配的DNA序列(即靶DNA);④第四步,Cas9酶将DNA双链从某个位点切断,从而使基因失活,或者一个新的DNA片段可以在切口处插入。(图片来源:MRS Bulletin)


这两位女科学家发现的是基因技术最锐利的工具之一:CRISPR/Cas9基因剪刀。利用这些技术,研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。这项技术对生命科学产生了革命性的影响,正在为新的癌症疗法做出贡献,并可能使治愈遗传疾病的梦想成为现实。


如果研究人员想要了解生命的内部运作,他们需要修改细胞中的基因。这曾经是一项耗时、困难甚至不可能完成的工作。利用CRISPR/Cas9基因剪刀,现在可以在几周的时间内改变生命密码。


“基因工具有着巨大的力量,它影响着我们所有人。它不仅彻底改变了基础科学,而且产生了新作物,并将导致突破性的新型医学疗法。”诺贝尔化学委员会主席古斯塔夫松(Claes Gustafsson)说。


就像在科学上经常发生的那样,这些基因剪刀的发现是出乎意料的。在卡彭蒂耶对化脓性链球菌(对人类危害最大的细菌之一)的研究中,她发现了一种之前未知的分子——tracrRNA。她的研究表明,tracrRNA是细菌古老免疫系统CRISPR/Cas的一部分,它可以通过裂解病毒的DNA来解除病毒的武器。


卡彭蒂耶在2011年发表了她的发现。同年,她开始与杜德纳合作。后者是一位经验丰富的生物化学家,对RNA有着丰富的知识。她们一起成功地在试管中再造了细菌的基因剪刀,并简化了剪刀的分子组成,使其更容易使用。


在一个划时代的实验中,她们对基因剪刀重新编程。在其自然形态下,剪刀可以从病毒中识别DNA。卡彭蒂耶和杜德纳证明了它们是可以被控制的,因此它们可以在一个预定的位置切断任何DNA分子。而在DNA被切断的地方,就很容易改写生命密码。


自从她们在2012年发现CRISPR/Cas9基因剪刀后,它们的应用就开始势不可挡。这种工具促成了基础研究中的许多重要发现,植物研究人员已经能够培育出耐霉、害虫和干旱的作物。在医学方面,新型癌症疗法的临床试验正在进行,能够治愈遗传疾病的梦想即将实现。这些基因剪刀把生命科学带入了一个新时代,从很多方面来说,正在给人类带来极大的福祉。



 

除了用于开发基因治疗、细胞疗法,CRISPR还具有研究基因功能、筛选新靶点、“生产”多能干细胞以及用于核酸检测等多种用途。究竟这一被誉为“基因魔剪“的新型基因编辑工具还能带来多少惊喜,让我们拭目以待。


获奖人简介:




卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)

1968年出生于法国朱维西。1995年从法国巴黎巴斯德研究所获得博士学位。目前任职于德国马普病原体科学研究所。



杜德纳(Jennifer A. Doudna)

1964年出生于美国华盛顿特区。1989年从美国哈佛医学院获得博士学位。目前任职于美国加州大学伯克利分校和美国霍华德·休斯医学研究所。



化学改变生活


诺贝尔奖作为一种特殊的荣誉,是给科学家多年辛苦钻研的巨大肯定。诺贝尔化学奖虽然听上去“高冷”,但实际上它离我们并不远,很多研究成果都在悄然改变着日常生活。





基本事实:


以下是有关诺贝尔物理学奖的一些基本数据:


  • 1901至2019年间,共授出111个诺贝尔化学奖(除下列年份:1916, 1917, 1919, 1924, 1933, 1940, 1941 and 1942)。


  • 63个化学奖由一位获奖者独享,23个奖由两位获奖者分享,25个奖由三位获奖者分享。


  • 弗雷德里克·桑格(Frederick Sanger)是唯一荣获超过一次诺贝尔化学奖的科学家(1958年和1980年);玛丽·居里(Marie Curie)也两次获得诺贝尔奖(1903年物理学奖和1911年化学奖),不过并非全部获得化学奖。


  • 在总共183位获奖科学家中,仅有5位女性获奖者,她们是玛丽·居里(Marie Curie, 1911年)、伊雷娜·约里奥-居里(Irène Joliot-Curie,玛丽的女儿,1935年)、多罗西·克劳福特·霍奇金(Dorothy Crowfoot Hodgkin,1964年)、阿达·尤纳斯(Ada Yonath,2009年)和弗朗西丝·阿诺德(Frances H. Arnold,2018年)。


  • 最年轻的诺贝尔化学奖得主为弗里德里克·约里奥(Frédéric Joliot),他与妻子一起荣获1935年诺贝尔奖时年仅35岁。


  • 最年长的诺贝尔化学奖得主是约翰·古迪纳夫(John B. Goodenough),他于2019年获奖时已达97岁高龄。古迪纳夫也是最年长的诺贝尔奖获得者。


  • 夫妻获奖者:

    伊雷娜·约里奥-居里和丈夫弗里德里克·约里奥(1935年共同获奖)。


  • 母女获奖者:

    玛丽·居里(1911年)与女儿/女婿伊雷娜·约里奥-居里/弗里德里克·约里奥(1935年)。


从以往诺贝尔化学奖得主的名单可以看出,不少获奖者的获奖成就并非出自传统的化学研究,而是涉及生物学、物理学等多重学科,因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”。1908年,英国物理学家卢瑟福因“对元素蜕变以及放射化学的研究”,荣获诺贝尔化学奖。他风趣地调侃道:“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”


特别缘分——居里家族成诺奖“专业户”



在历史的漫漫长河中,不少科学家一直渴望以自己的科研成果获得诺贝尔奖殊荣,但很多人一生都没有等到这种机会,其中化学奖最大的遗珠之一,要数俄化学家门捷列夫了。


1869年,门捷列夫制定出元素周期表,它是宇宙的基本规律之一,也为人类认识自然提供了一把刻度精准的尺子。


1906年,门捷列夫获得诺贝尔化学奖提名。但由于一部分评委认为“难以评价元素周期表在理论上由谁发现”,门捷列夫以一票之差,输给了制备出单质氟的法国化学家莫瓦桑。第二年,门捷列夫就因病逝世了。


相比于门捷列夫的遗憾,命运似乎格外眷顾居里夫人。她不仅两度摘得桂冠,其家人也多次登上诺奖的领奖台。



1903年,居里夫妇因对放射性的研究,共同获得诺贝尔物理学奖。8年后,她再把化学奖收入囊中,由此成为世界上第一个两获诺贝尔奖的科学家。


居里家族的“夫妻档”不止有一对。1935年,居里夫人的长女伊雷娜和丈夫因合成新的放射性核素,共同获得了诺贝尔化学奖。


不同于母亲和姐姐投身科研工作,居里夫人的小女儿艾芙•居里是一名音乐教育家和人物传记作家。1954年,她嫁给了美国外交官亨利•拉波易斯,后者于1965年代表联合国儿童基金会获得诺贝尔和平奖。


见微知著——这些诺奖成果已改变生活



化学离人们的生活有多远?有科学家认为,一切都是由化学元素构成的。尽管世界上存在无数种物质,但从微观领域看,无非是100余种元素的不同排列方式。


因此,诺贝尔化学奖虽然看上去“高大上”,但其研究成果并不“高冷”,有许多惠及人们生活的发现。


每到夜晚,五颜六色的霓虹灯就会点亮城市。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体,在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。1904年,拉姆赛因发现6种惰性气体,并确定它们在元素周期表中的位置获得诺贝尔化学奖。


心脏、大脑、骨骼——这些都可以通过核磁共振成像观察到细节部分,从而可以帮助医生做出检测肿瘤的诊断。这种诊断方法是建立在高分辨率核磁共振光谱的基础上。恩斯特因在核磁共振成像方面的巨大贡献,获得了1991年的诺贝尔化学奖。


科学家对人体生命的探索不曾停止。DNA(脱氧核糖核酸)可组成遗传指令,是由微小的工厂核糖体“生产”出来的。每一个核糖体都会生产出上千个不同形式和功能的各种物质,三位科学家因发现这个工厂的结构,获得了2009年诺贝尔化学奖。


煎荷包蛋时为什么不会粘锅?雨衣为什么能防水?光合作用是如何产生?是什么破坏了臭氧层……这些问题都能在化学奖得主的研究成果中找到答案,科学家的发现,让人们对世界的看法有了根本改变。


参考资料:

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/summary/

https://www.nobelprize.org/prizes/facts/facts-on-the-nobel-prize-in-chemistry/

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/10/446553.shtm



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