CRISPR 唐獎 Tang Prize

第二屆唐獎生技醫藥獎特別報導 – 基因編輯大師的故事

2016年的唐獎生技醫藥獎頒給了 CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Panlindromic Repeats,欲知更多 CRISPR 的詳情,請參閱我們曾經做過的報導「時下最夯!基因編輯器CRISPR」,https://goo.gl/NPB9Y9 ),大部份對生命科學議題有涉獵的讀者相信都知道這是時下最熱門的基因編輯工具。因為唐獎頒獎典禮及唐獎週系列活動的關係,台灣的學子們有幸一睹三位在 CRISPR 研究上有重要貢獻的學者——Emmanuelle Charpentier,Jennifer Doudna及張鋒的風采。在今年九月末旬所舉辦的演講中,三位得獎人同台與大眾分享了他們站在最前沿研究 CRISPR 的故事。

CRISPR 原本只是小小細菌中的一段特別的重複序列,人們最初也無法想象這會與基因編輯應用有什麼關係。但基於對基礎生物學問題的好奇,對這些重複序列的研究讓人類了解細菌對抗病毒的後天免疫機制,最終變成一項當今最炙手可熱的生物科技。
Dr. Emmanuelle Charpentier 作為一個微生物學家,巨細靡遺訴說最初奠基者如何向細菌學習免疫機制的故事。當那些年大家都還不清楚這項奇怪重複序列時,因為有了可以處理生物資訊的能力,在解讀正確下終於有重大發現——細菌用這段序列與 Cas 蛋白作為對抗外來病毒的機制。這基礎微生物問題的好奇心才讓我們今天獲得了這個前所未有的工具。

Dr. Jennifer Doudna 則接著解說和合作者 Emmanuelle Charpentier,在2012年刊載在 Science 期刊的實驗圖 [1],證明特別設計的 sgRNA 可以引導 Cas9 在帶有 GFP 的質體上所對應位點上進行切割,說那是一個簡單的實驗,卻清楚證明了 CRISPR/Cas9 系統做DNA特定位點的編輯。演講中她除了簡述了對 Cas9 的結構學研究,更為聽眾帶來近期的相關研究成果:在腦 in-vivo 的編輯和以專一性RNA為目標的 CRISPR 系統的發展。除了學術研究之外,她本身也非常關注這項技術所造成的倫理問題,希望各界都一齊反思基因編輯的影響。

張鋒博士是眾多得獎人中最年輕的,他從自己的成長經歷說起:隨父母移民美國,高中時期因受到電影《侏羅紀公園》的影響,加入附近醫院的實驗室學習分子生物學,在博士班時期的研究就為神經科學領域的新工具——光遺傳學(optogenetics)技術做出奠基的成果。當他在MIT成立實驗室後是為了解決自己實驗室對基因剔除的技術問題,輾轉認識 CRISPR/Cas,進而與 CRISPR 結下不解之緣。在成功哺乳類細胞中使用 CRISPR/Cas9 做準確的基因編輯後,他的研究目標就放在將 CRISPR/Cas 為應用的工具。在演講中他的重點則放在如何推展提升這項技術到臨床應用的層級。他也為聽眾帶來近期的相關研究成果:將基因編輯工具用於基因體上非編碼區域(non coding)的研究以及在 Cas9 之外還有更簡單設計配搭 Cpf1 蛋白編輯系統等。

三位得獎人的演講中都不約而同地都有用上了同一張圖:一張在 Nature Review Microbiology 中說明 CRISPR-Cas 已知的六種分類跟對應功能區域的圖 [2],而 Cas9 只是眾多微生物中的其中一個編輯蛋白。似乎在告訴我們的是:今日所看到的 Cas9 不是結束,這 Cas9 只是開始。我們作為新一代在了解及構建生命系統上將握有了前所未有的工具,這將是續基因轉植、PCR 技術後生命科學的一大技術革新!

最後非常感謝唐獎教育基金會(Tang Prize 唐獎) 今年邀請和招待 INVESTIGATOR 參與多場盛宴,有幸與生技醫藥得主接觸交流及聆聽他們精采的演說發表,也相信透過此獎項的頒發,會讓社會大眾清楚科學家們於生醫科學與疾病治療領域裡奮鬥與開創革命性的發展。

直播連結:
唐獎得獎人演講(生技醫藥):https://youtu.be/O6_pRET-f1U
唐獎頒獎典禮:https://youtu.be/NR4A1OtHwuw
生技醫藥得獎人公開演講:
Dr. Doudna(北醫): https://youtu.be/I1PJacnT6hA
Dr. Charpentier(高醫, 遇颱風取消): https://youtu.be/WLoS00mPIqU
Dr. Feng Zhang(成大, 遇颱風取消): https://youtu.be/YoNWyI92j9g

參考資料:
[1] A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science (2012), goo.gl/ztRRn5
[2] An updated evolutionary classification of CRISPR–Cas systems. Nature Review Microbiology (2015), goo.gl/XK2ozp
撰文│陳恩浩
編輯│黃翊豪、周致宏

About the author

陳恩浩

陳恩浩

長庚大學生物醫學所畢業,目前於德國馬克斯普朗克免疫生物學暨表觀遺傳學研究所攻讀博士班,專注於癌症生物學。因科技部大專生研究計劃、國際合成生物學競賽(iGEM)而從大學開始流連於研究室中。熱衷於分享科學教育、生物醫學有關的知識與小故事。希望藉由這個平台跟更多有趣的夥伴對話。