导读
法国分子生物学家菲利普· 霍瓦特（Philippe Horvath）和鲁道夫· 巴兰古（Rodolphe Barrangou）在培育对特定病毒具有天然抵抗力的细菌时，发现了病毒DNA之间的相似性，从而促进了CRISPR系统的研究。
霍瓦特和巴兰古还将这项研究应用于提高乳制品行业的发酵剂，改善了世界粮食供应，并为基因编辑领域奠定了基础。
这些成就给他们也带去了许多荣誉，二人也凭此入选了2023年美国发明家名人堂，这是对技术发明人最高的奖励之一，入选者中很多是鼎鼎大名的科学家、诺奖得主等。
深究科学 | 撰文
到底是什么让他们发现了CRISPR系统的奥秘？别急，故事还得从一只小小的噬菌体讲起。
噬菌体是一种以细菌为食的病毒，它可以吃掉很多对我们有害的病菌。但有时，这位“不分敌我”的细菌杀手也会带来一些麻烦。
01
为了“制服”细菌杀手，研究CRISPR
图源pixabay
有些细菌对我们是有益的，它们在食品加工和工业生产上的应用十分广泛。不过，噬菌体不管这些，它有时会吃掉像乳酸菌那样的益生菌，给酸奶发酵等食品产业招惹麻烦。
霍瓦特和巴兰古都曾在丹麦一家名叫丹尼斯克（Danisco）的工业生物技术公司工作。这家公司是全球领先的食品添加剂生产商，生产各种食品益生菌。
每次病毒爆发，都会给公司生产的细菌发酵剂带来毁灭性的损失。于是霍瓦特和巴兰古致力于帮助细菌抵抗噬菌体，希望培育出能在噬菌体攻击中存活的益生菌。
菲利普· 霍瓦特（Philippe Horvath）
霍瓦特在法国路易斯·巴斯德大学获得博士，2004年，他在丹尼斯克研究细菌如何在噬菌体中生存。随后他进入了杜邦（DuPont）公司，被任命为杜邦营养与健康技术研究员，选择具有CRISPR序列的发酵剂来增强发酵剂病毒抗性。
巴兰古是美国北卡罗来纳州立大学博士，2001年就开始在丹尼斯克研究细菌与噬菌体。
2005年，霍瓦特和巴兰古在细菌的CRISPR区域中，发现了帮助细菌抵抗病毒的方法。他们发现细菌中的CRISPR系统，能够创造一种永久性的病毒记录。这种记录不仅能够帮助细菌对病毒产生免疫反应，还能通过遗传保护下一代细菌。
通过进一步的研究，他们发现通过改变细菌的CRISPR序列，可以改变细菌对噬菌体的抗性。
他们的研究很好地解决了噬菌体攻击益生菌的问题。2011年，杜邦公司开始将改良发酵剂商业化，选择具有CRISPR序列的发酵剂来增强病毒抗性。自那以后，全球有数亿人品尝到了经过CRISPR改良的奶酪和酸奶。
不仅如此，他们和同事们还一起确立了CRISPR/Cas作为细菌免疫防御的系统。这对科学界产生了巨大影响，促进了当下火热的基因编辑领域发展，为后续的研究奠定了基础。另外，他们的研究还激发了其他人进一步研究CRISPR系统。
法国分子生物学家菲利普· 霍瓦特（Philippe Horvath）和鲁道夫· 巴兰古（Rodolphe Barrangou）
对CRISPR系统的研究给他们带来了很多荣誉。2023年，他们入选了美国国家发明家名人堂，这都得益于他们对CRISPR系统的探索。
那么，CRISPR系统究竟是何方神圣，它会怎样改变我们的生活？
02
CRISPR 系统开发及其应用
CRISPR是原核生物基因组内的一段重复序列。它存在于40%的细菌中，是细菌与病毒斗争过程中产生的免疫武器。
当我们生病的时候，我们身体的免疫系统，会记录下这次侵犯我们的病原体。CRISPR 系统也有类似的功能。当细菌遭到病毒入侵后，细菌能够把病毒基因的一小段存储到自身的 DNA 里称为 CRISPR 的存储空间中。当病毒再次入侵时，细菌能够根据存写的片段识别病毒，将病毒的DNA切断而使之失效。
利用细菌中的CRISPR系统，科学家可以选择性地修改基因组中任何特定位置的DNA序列，从而实现对细菌的基因编辑。
CRISPR/Cas系统在编辑基因时，会用RNA引导Cas蛋白去切断目标DNA。这大大增加了基因编辑的准确性，使其修改精度远高于传统的基因组修改技术。同时，它还具有快速、高效和成本低廉的特点。
目前，这一系统可以应用到许多领域，包括基因组编辑、抗菌、抗微生物生产、食品安全、食品生产以及植物育种等方面。
总而言之，这一系统的发现彻底改变了分子生物学的发展轨道，在医学和生物技术领域都具有很高的经济价值。
参考资料
1.Philippe Horvath - Gairdner Foundation
2.https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/crispr-cas-system
热门跟贴