化学无处不在,理综奖实至名归:化学家解读2020年诺奖

来源:知识分子时间:2020-10-09

2020年诺贝尔化学奖授予了基因编辑领域的两位先驱,她们分别是加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和德国马普感染生物学研究所教授埃马纽尔·夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier),获奖理由是“发明了一种基因组编辑的方法”。

2020年诺贝尔化学奖获得者


10月7日晚,《知识分子》联合腾讯新闻对诺贝尔化学奖进行直播和解读。北京大学化学与分子工程学院李彦教授、北京大学化学与分子工程学院吕华研究员以及清华大学教育研究院邓耿助理研究员针对日本的诺贝尔奖现象、基因编辑技术等话题进行解读。以下为直播的部分实录内容。

主持人:说到诺贝尔化学奖,经常有人把化学奖叫做“诺贝尔理综奖”,因为很多获奖者和获奖研究,有的跟化学相关,有的则跟我们日常熟知的化学学科没有那么强的关联,比如冷冻电镜等。怎么理解外界的这种评价?

李彦:我觉得可以从两个方面来看这个问题。首先,无论是奖给了冷冻电镜还是别的检测手段,这些手段发明了以后还是为了在分子层次上做一些观测和研究的,而化学正是从分子层次上来理解物质世界运作的一个学科,为我们去从分子层次上来研究这个世界上的所有相关事情提供了一个手段,所以放在化学奖里未尝不可。

另一个方面,有这样一个说法,“化学是中心科学”,它位于自然科学的中心,跟各个学科是相互交叉、相互融合的。另外,化学也跟人类的生存、生活和发展休戚相关,从这个角度来说,化学可以说是无所不包,把它叫做理综也未尝不可。

主持人:说到诺奖整体的发展状况和速度,不得不提到中国的邻国日本,他们曾在2000年说要在50年内拿30个诺奖,到目前为止已经拿了19个了。那么,单纯看在诺奖里取得的成就,日本有没有什么值得借鉴的地方?

李彦:自本世纪以来日本接连拿诺贝尔奖。他们获得诺贝尔奖的工作绝大多数是上个世纪70、80、90年代完成的,正好是日本的经济腾飞的时候,有大量的经费、资源投入到科学研究当中。经过那时候的培育,现在到了收获的季节。从这一点上来说,其实我看好中国未来的20年,差不多我们现在也是经济腾飞的时候,现在产生的这些成果非常有可能在20年以后获得诺贝尔奖。

主持人:诺贝尔奖跟科研环境有什么关系,是不是我们在科技、人力、财力这些方面的投入增加,就一定能满足诺奖级发现的产生呢?除了这些要素外,还需要具备哪些方面的条件?

邓耿:它肯定不是简单的经费堆积,经费堆积是必要的物质条件,但是它还不够充分。这里头我们从刚才日本井喷式的发展可以看出这样一个现象,就是它应当是有一群这个群体。

日本政府并没有刻意培养30个将来得诺贝尔奖的rising star(科学之星),这也是无法预测的。诺贝尔奖得主有时候是(当时的)小人物、小科学家,他们从事前沿的工作,因为想得诺贝尔奖的工作,一定是创新性极强而不是跟踪性的研究。

一个非常典型的例子,岛津公司的技术员田中耕一获得诺贝尔奖,当时大家都大惊失色。说明什么?基础研究并不一定来自于我们想象的一些领域,但是它一定是在整个国家经济实力腾飞的时候,即使小的领域也有足够的经费来源,能够支撑科学家做出一些具有创新性的成果。日本科学家群体爆发式地获奖也提醒我们,科学文化、科学共同体的构建的重要性,整个共同体营造出了这样一种氛围,大家知道在这个过程当中怎么样去创新,如何更好地去创新。你看历史上也有很多国家零星地获得诺贝尔奖,但是没有形成科学文化的氛围,这个国家就不可能像日本那样,像坐火箭一样从最后几名升上来,这是科学文化的因素。

主持人:说到今年的诺贝尔化学奖,我们经常听到的一个词叫“魔剪”,如何理解“魔剪”?

吕华:为什么会颁给化学奖,因为任何关于分子的操控都是跟化学有关的。基因编辑是在DNA层面对分子进行一系列的操作,包括剪切、删除,甚至是添加或者替换等。我们把它叫做“魔剪”,是因为这个技术来自于一种古细菌的免疫系统,用一种叫做Cas9的蛋白(做剪刀),这种蛋白是核酸的内切酶。它比之前的基因编辑技术更优秀的地方我个人觉得,首先它更简单和高效,之前的技术比如锌指蛋白和TALEN显得非常笨重,不是很好操作。

现在几乎所有的分子生物学或者是细胞生物学的实验室都会用它,这个技术的应用非常广泛。大概2012、2013年(这个技术刚出现时),大家就认为它一定会拿诺奖,只不过没想到会这么快。

主持人:关于基因编辑领域,华人科学家在国际上也很有影响力,很多网友问张锋教授为什么没得奖?现在华人科学家在整个基因编辑领域取得的成绩和影响力是一个什么样的状况?

李彦:华人科学家在这个领域的贡献确实非常大,张锋教授是特别活跃的一个科学家,在这个领域有大量的工作发表,非常有影响力。但是诺贝尔奖的一个特点就是要奖给最先的发明人、初创者,这一点上来讲,可能张锋教授不在获奖人当中也在情理之中。


主持人:目前,从整个基因编辑领域来讲,可不可以认为现在以及未来一段时间仍然会非常热门?

邓耿:是的。基因编辑的广泛性和适用性,有点改变我们过去对基因这件事情的认知。过去想改变某个基因会用一些非常物理学的方法,例如利用放射性同位素去照射相应的生物材料,让基因产生随机突变。到基因编辑的时代,预示着人类想改造哪儿就改造哪儿,当然还没有那么完善,但是已经接近这样一个阶段。

基因就是写在人类身体里面的生命密码,能编辑基因意味着人对生命的掌控程度可能已经相当高了,潜在的应用不仅仅是技术领域这么简单,可能将来会有很多可能的应用。但就像评委会颁奖的时候也说到这一点,要注意其中的伦理风险。

化学家历史上也有过一些“恶名”。任何一个科技出来都是双刃剑,这个技术怎么样把控,不仅仅是科学上,还需要有其他的伦理意识、道德意识。

另外,用在其他生物的改造上也有可能,不一定是对人的改造,比方说以前有转基因技术,CRISPR技术可能比转基因技术走得更远。对于植物、农作物、畜牧业产品,这些也可能进行相当的改造,会产生很大的经济价值。同时它的伦理风险相对来说较小,还会帮助人类认知自然世界。

吕华:从技术本身来讲,我觉得还不是特别完善,还有很大的改进空间,包括准确率等。在应用方面,尤其是在医学应用方面,我觉得现在还是比较初级,方兴未艾的一个阶段,今后我相信一定会有更大的发展。

整理 | 汤佩兰   来自知识分子