10月7日，2020年诺贝尔化学奖揭晓：诺贝尔基金会宣布，近年来火热的CRISPR基因编辑系统斩获本年度的诺贝尔化学奖，在这一领域做出卓越贡献的Emmanuelle Charpentier教授和Jennifer Doudna教授摘得桂冠。她们们开发了基因技术中最锐利的工具之一：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。这一革命性的发现为整个生物技术领域提供了无限可能，可以帮助研究者开发新的癌症疗法，并使治愈遗传疾病的梦想成为现实。 “这种遗传工具蕴含巨大的力量，可以影响我们所有人。它不仅使基础科学发生革命性变化，也带来了创新作物，并有望实现开创性的全新医疗方法，”诺贝尔化学委员会主席Claes Gustafsson说。研究人员想要深入了解生命的运作原理，就便需要修改生物基因。修改基因在以前十分困难，而且耗费大量的时间和经费，但是在CRISPR/Cas9基因剪刀技术发明之后，研究人员现在可以方便的在几周内更改基因编码。
CRISPR基因编辑技术的故事要从一座名为圣波拉（Santa Pola）的地中海小城说起。30年前，当地大学一位名为Francisco Mojica的博士生在分析圣波拉海滩上发现的一种古细菌的DNA序列时观察到了一个有趣的现象：这些古细菌的基因组存在许多奇怪的重复片段。这些重复的基因片段长30个碱基并且在两段重复之间存在长约36个碱基的间隔。Mojica当时给这中重复的基因起了一个拗口但是意义非凡的名字“常间回文重复序列簇集”（Clustered Regularly Inter-Spaced Palindromic Repeats, CRISPR）。事实上，这并不是人类首次发现CRISPR序列。不少科学家认为，人类首次报道CRISPR序列来自于1987年石野良纯教授团队的报道。虽然这支日本团队当时并没有对CRISPR序列进行详细的研究，他们在论文中指出大肠杆菌里有类似的重复序列。
后来，Mojica又在另外20多种微生物里发现了同样的CRISPR序列。因此，他认为有着巨大差异的微生物里都有这种奇怪的重复序列，说明它存在着某种不为人知的功能。Mojica教授每天都在数据库里痛苦地搜索，想要发现这些奇怪序列的意义，但是这种奇怪序列的功能迟迟未能得到解答。
奇迹总会眷顾有准备的人。2003年，Mojica教授发现，一些大肠杆菌内的CRISPR序列与一种叫做“P1噬菌体”的序列高度吻合。顾名思义，噬菌体是一种能够“吃掉”细菌的病毒，这一种噬菌体也的确能够攻击大肠杆菌。更有意思的是，Mojica教授研究的这批大肠杆菌竟能抵御P1噬菌体的感染！他立刻意识到，这可能是大肠杆菌的免疫系统！在人体里，免疫系统会记住过去遇到过的病原体，当病原体再次入侵时，就可以免疫其攻击及时消灭病原体。而在大肠杆菌细胞内，CRISPR序列也同样能让细菌记住噬菌体的特征，从而抵御病毒感染。
兴奋的他在2003年向《nature》杂志投去了他的研究结果，但是被《自然》的编辑以“早就知道了”为由拒搞。不久后，《美国国家科学院院报》（PNAS）也以“缺乏新颖性和重要性”，同样予以拒绝。再之后，Molecular Microbiology与Nucleic Acid Research两本期刊也给Mojica教授发了拒信。万念俱灰之下，他把论文投给了影响因子不足2的Journal of Molecular Evolution。即便如此，这篇论文还是经过了长达一年的修改和审核，才最终得以发表。此时，已是2005年2月。切开DNA的魔剪在接下来的几年里，科学家们对CRISPR序列的作用做了进一步的完善，并阐明了它的详细机理。原来在病毒感染细菌后，CRISPR序列会喊来帮手，形成一个具有核酸切割能力的复杂结构，并最终切断病毒的DNA。对于细菌来说，这是从源头清除病毒感染的好方法。但对生物学家来说，这套细菌的“免疫系统”，让他们看到了精准切割DNA的希望！或许，它能被开发成为一种高效的基因编辑方法。2012年，维也纳的Emmanuelle Charpentier教授与加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的Jennifer Doudna教授在《科学》杂志上发表了她们的发现，确认她们所设计的CRISPR-Cas9基因编辑系统（Cas9是一种能切割DNA的内切酶）能在DNA的特定部位“定点”切开口子。在论文中，她们也指出将来有潜力利用这个系统，对基因组进行编辑。
这里还有一个小插曲。在立陶宛，一名叫做Virginijus Siksnys的科学家也在研究使用CRISPR系统编辑基因的潜力。虽然他的论文投出的时间更早，但不幸被《细胞》杂志的编辑所拒，只能转投《美国国家科学院院报》。这也使得他的论文最终要晚上2个月上线。2013年新年伊始，《科学》杂志再度刊登了一篇关于CRISPR系统的重磅文章。博德研究所的华裔教授张锋将CRISPR技术首次应用到了哺乳动物细胞内，并证明它能在短短几周之内建立起小鼠的疾病模型。随后，这支团队使用CRISPR-Cas成功的在人类细胞中完成了基因编辑。
自CRISPR-Cas9基因编辑技术诞生以来，科学家们对其进行了大量的优化与改造。一方面，现在的CRISPR基因编辑技术可以变得更精准，减少脱靶效应（指修改非目标基因）；另一方面，CRISPR也可以对RNA进行有效编辑。此外，科学家们已经开发出了基于CRISPR体系的“单碱基”基因编辑系统对基因进行“微调”，有效避免初代的CRISPR技术涉及DNA双链的断裂带来的潜在风险。 自从Charpentier和Doudna发现CRISPR/Cas9基因剪刀以来，这项工具已被大幅使用。基础研究中的许多重要发现离不开CRISPR/Cas9基因剪刀的贡献，植物研究人员也利用这一工具得以开发出能够抵抗霉菌、病虫害和干旱的农作物。在医学上，新的癌症疗法的临床试验正在进行中，治愈遗传疾病的梦想即将实现。这些遗传剪刀将生命科学代入一个崭新的时代，并且在许多方面极大地造福人类。