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2020年诺贝尔化学、物理学奖得主评议

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2020年10月21日

2020年诺贝尔化学、物理学奖得主评议

诺贝尔奖获得者代表了人类一些最重要的科学和文化成就背后的思想。在这个故事中,OU的皇冠体育研究人员分享了他们对今年诺贝尔化学奖和诺贝尔物理学奖获得者的工作的看法。

化学

Emmanuelle Charpentier和Jennifer a . Doudna因开发基因组编辑方法CRISPR获得2020年诺贝尔化学奖。皇冠体育研究人员是第一个获得诺贝尔化学奖的女性团队,在186名诺贝尔化学奖获得者中,她们是第六位和第七位获得该奖项的女性。

Emmanuelle Charpentier and Jennifer A. Doudna
诺贝尔化学奖:Emmanuelle Charpentier和Jennifer a . Doudna因开发基因组编辑方法CRISPR获得2020年诺贝尔化学奖。图片来源:©诺贝尔传媒。病了。Niklas Elmehed。

 

拉基·拉詹(Rakhi Rajan)是文理学院(College of Arts and Sciences)化学与生物化学副教授,她也在皇冠体育研究CRISPR,她分享了皇冠体育app对今年诺贝尔奖意义的看法。

Rajan说:“2020年诺贝尔化学奖授予两位女科学家Emmanuelle Charpentier(德国柏林马克斯·普朗克病原体科学皇冠体育研究所)和Jennifer a . Doudna(美国加州大学伯克利分校),以表彰她们在利用CRISPR-Cas9技术开发基因组编辑工具方面的开创性工作,这创造了历史。”“他们实验室的工作使CRISPR-Cas9的发展成为一种快速简便的方法,可以精确地‘编辑’从细菌到人类细胞的各种生物基因组上的任何特定位置。”


CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas系统存在于细菌和古细菌中,用来对抗病毒入侵者。Charpentier和Doudna的实验室确定了其功能所需的RNA和蛋白质成分。

拉詹说:“他们优雅地证明了RNA成分持有引导Cas9蛋白在广泛基因组中到达正确位置的位置代码。”“位置特异性完全取决于‘引导’RNA和大量基因组DNA中20个核苷酸之间的互补碱基配对。然后,Cas9就像基因剪刀一样,切割基因组的特定位置,使生命密码发生永久性的、可遗传的变化。”

她补充说,这种机制提供了快速准确地修改基因组DNA的能力,为编辑微生物、植物、动物和人类的革命性技术奠定了基础。

拉詹说:“这项技术的未来在于纠正人类基因组中的‘错误’,以治疗遗传疾病,目前正在进行一些临床试验,以治疗癌症、血液疾病、失明和病毒感染,等等。”“Cas9也在农业和畜牧业中打下了印记,对未来的粮食生产产生了积极影响。”

在俄勒冈大学,拉詹的实验室也在进行CRISPR皇冠体育研究。

 

crispr-cas9

 

“CRISPR-Cas,因为它是天然发生的,所以不能防错,”Rajan说。“主要问题之一是该系统不够严格,这意味着切割目标DNA并不总是需要RNA和DNA沿着整个20个核苷酸区域完全互补。

她补充说:“虽然从细菌的角度来看,这种‘错误自由’有利于切割不匹配的入侵病毒,以提供更广泛的保护,但在基因编辑背景下,这是不可取的。”“这种被称为‘脱靶DNA切割’的活动必须被消除,以确保这项技术在人类治疗中的安全使用。”拉詹实验室目前的工作重点是创造没有这种脱靶切割的蛋白质变体。

CRISPR因伦理和社会问题而受到批评,特别是在基因组编辑方面,编辑后的特征将作为遗传特征传递下去。

实验室正在解决的另一个问题是Cas9是否能在没有RNA的情况下切割DNA,这对基因组的完整性是有害的。2017年,拉詹的实验室首次证实了这一发现。从那时起,另一个实验室也表明,无导向Cas9可以在人类细胞中引起DNA损伤,这需要在大规模使用该技术用于人类治疗时进一步谨慎。

拉詹的实验室目前正致力于测试没有这种无导向DNA切割的蛋白质变体,以开发更安全的基因编辑工具。俄亥俄州立大学团队正在探索的其他皇冠体育研究方面包括从细菌的角度了解CRISPR生物学,了解它如何保护细菌免受入侵病毒的侵害。

拉詹实验室与南加州大学和北德克萨斯大学健康科学中心的其他CRISPR专家合作。


物理

三位科学家因发现黑洞而获得2020年诺贝尔物理学奖。牛津大学(University of Oxford)教授罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)因“发现黑洞的形成是对广义相对论的有力预测”而获得了一半奖金。马克斯·普朗克皇冠体育研究所和加州大学伯克利分校的莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和加州大学洛杉矶分校的安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)教授分享了另一半奖项,“以表彰他们在银河系中心发现了一个超大质量致密天体”。这一认可使盖兹成为历史上第四位获得诺贝尔物理学奖的女性,也是继2018年的唐娜·斯特里克兰之后第二位获得该奖项的女性。

罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)因“发现黑洞形成是对广义相对论的有力预测”而获得诺贝尔物理学奖的一半奖金。莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·盖兹(Andrea Ghez)因“发现银河系中心的超大质量致密天体”而分享了另一半奖项。图片来源:©诺贝尔传媒。病了。Niklas Elmehed。

 

“承认安德里亚·格兹是第四位获得诺贝尔物理学奖的女性,这是文化变革的一个开始,需要改变女性和弱势群体每天遭受的系统性偏见,”俄勒冈州立大学艺术与科学学院物理学和天文学教授凯伦·利说。

“Gehz和Genzel分别领导了美国和欧洲的独立小组,他们各自试图确定位于银河系中心的不寻常的射电发射物体人马座A*的起源,”利利说。

他们使用红外线观测来拍摄物体周围的恒星,利利说,这是必要的,因为地球和银河系中心之间的气体和尘埃的范围很大,所以只有“万亿分之一的可见光到达地球。”然而,红外线更容易穿透尘埃和气体。

“10米凯克望远镜上红外功能的出现使Gehz能够进行必要的观测,”利利说。“Gehz和Genzel独立发现,人马座A*附近的恒星比星系中心的其他恒星移动得快得多;其中一些恒星绕这个黑暗天体运行的周期短至15年。唯一合理的解释是,它们是在一个巨大的中心物体的引力作用下移动的,这个物体是一个质量为太阳460万倍的黑洞。”

 

科学家利用事件视界望远镜对M87星系中心的观测,获得了第一张黑洞图像。图片来源:视界望远镜合作组织

 

“据推测,黑洞存在于宇宙中大多数大质量星系的中心,所以它们并不罕见,”利利补充说。“这些观测结果很重要,因为它们为黑洞的存在提供了直接的观测证据。”

利利在俄亥俄州立大学的小组皇冠体育研究类星体,类星体是我们银河系中心黑洞的大哥。今年早些时候,Leighly皇冠体育研究小组的皇冠体育研究生Hyunseop“Joseph”Choi发表了一篇论文,描述了在类星体中观测到的最强大的风的发现。

“类星体风的速度高达光速的十分之一,其动能与其辐射能量相当,类星体风可能会影响其宿主星系的演化,”利利说。

利利的团队目前正在分析第一批中等大小的类星体风光谱样本。他们与俄亥俄州立大学、西部大学和德雷塞尔大学的皇冠体育研究人员合作。