最先發現CRISPR的科學家是哪一國人追溯基因編輯革命的起源與關鍵貢獻者

當我們談論CRISPR基因編輯技術，許多人會立即聯想到其驚人的應用潛力，從疾病治療到農業改良，CRISPR已經徹底改變了生物醫學研究的格局。然而，要追溯CRISPR的最初起源，我們必須回到數十年前，並將目光投向一位日本科學家——石野義和（Yoshizumi Ishino）教授。

揭開CRISPR起源：日本科學家的先驅觀察

是的，最先在科學文獻中發現並記錄下後來被稱為CRISPR序列的，正是來自日本的科學家石野義和教授。他在1987年首次發表了一項研究，描述了在大腸桿菌（Escherichia coli）基因組中發現的特殊重複序列。

石野義和教授與他的開創性發現

在1980年代末期，石野義和教授當時還是一名年輕的研究員，在日本大阪大學（Osaka University）工作。他與同事們正在研究大腸桿菌中一個名為iap（inhibitor of alkaline phosphatase）的基因。在對這個基因及其周圍區域進行DNA測序時，他們無意中發現了一段極為不尋常的DNA序列。

這段序列的特別之處在於，它由五個幾乎完全相同的29個鹼基對（base pair）的重複單元組成，這些重複單元之間則夾雜著不相關的、長度約為32個鹼基對的「間隔序列」（spacer sequences）。他們將這一發現記錄在1987年發表於《Journal of Bacteriology》的論文中，並在1989年的一篇後續論文中做了更詳細的描述。當時，他們稱這些為「奇怪的重複序列」（peculiar repeated sequences），並沒有理解其背後的生物學意義，也沒有預料到這將是基因編輯時代的序幕。

「我們發現了這些不尋常的重複序列，它們彼此之間由非重複的序列分隔開。當時我們不知道它們是做什麼用的，但它們看起來非常奇特。」
—— 石野義和教授

儘管石野教授的團隊當時未能揭示這些序列的功能，但他們對這些重複序列的精確記錄和發表，無疑是CRISPR故事中至關重要的第一章。這是人類第一次有意識地記錄下這種獨特的基因組結構。

從「奇怪重複序列」到「基因編輯利器」的演變

從石野教授最初的發現到CRISPR技術成為全球矚目的基因編輯工具，經歷了數十年的研究累積和多位科學家的接力貢獻。這條路徑充滿了好奇、意外和突破：

西班牙團隊的「CRISPR」命名與免疫連結

在石野教授發現這些序列多年後，西班牙阿利坎特大學（University of Alicante）的法蘭西斯科·莫希卡（Francisco Mojica）教授及其團隊，在研究古菌（archaea）的基因組時，也獨立地發現了類似的重複序列。他們注意到這些重複序列不僅存在於大腸桿菌中，還廣泛分佈於其他細菌與古菌裡，且序列結構驚人地相似。莫希卡教授在2001年將這些重複序列命名為CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)，這個名稱至今仍在使用。更重要的是，莫希卡教授在2005年提出了一個開創性的假說：這些CRISPR序列可能與細菌的適應性免疫系統有關，能幫助細菌識別並抵抗外來病毒入侵。

法國與荷蘭團隊的早期貢獻

幾乎在同一時期，法國科學家 Gilles Vergnaud 和 Christophe Pourcel 也對這些重複序列進行了詳細研究，並將它們用於細菌基因分型。荷蘭的羅蘭德·揚森（Ruud Jansen）等人也注意到這些重複序列與細菌對噬菌體的抗性有關，進一步支持了CRISPR的免疫功能假說。

丹尼斯克公司與細菌免疫力的實證

在莫希卡提出假說後，來自美國丹尼斯克公司（DuPont Danisco，現為杜邦公司）的菲利普·霍爾瓦特（Philippe Horvath）和羅多爾夫·巴朗古（Rodolphe Barrangou）及其團隊在2007年發表了突破性研究。他們通過實驗證實，細菌確實利用CRISPR系統來抵抗病毒感染，並且間隔序列的內容來源於入侵病毒的DNA。這項工作首次提供了CRISPR作為細菌免疫系統的直接實驗證據，徹底改變了人們對細菌如何抵抗病毒的理解。

基因編輯工具的誕生：Doudna, Charpentier, Zhang等

最終，在2012年，埃曼紐爾·沙爾龐捷（Emmanuelle Charpentier）教授和珍妮佛·杜德納（Jennifer Doudna）教授，以及幾乎同時期的華裔科學家張鋒（Feng Zhang）教授及其團隊，基於前人對CRISPR系統的基礎性認識，成功地將CRISPR-Cas9系統開發成一種可編程的基因編輯工具。這兩組獨立的研究工作將CRISPR系統從一個純粹的細菌免疫機制轉變為一種強大、精準且易於操作的基因編輯工具，能夠在任何生物體內切割和編輯特定DNA序列，從而開啟了基因編輯的新時代。她們兩位也因此共同榮獲了2020年的諾貝爾化學獎。

石野教授發現的歷史地位與影響

石野義和教授的發現，是CRISPR故事的真正起點。儘管他最初並未意識到這些「奇怪重複序列」的全部潛力，但他嚴謹的科學態度和詳細的記錄，為後來的研究者們提供了關鍵的線索。可以說，沒有石野教授在1987年的好奇心和細緻入微的觀察，CRISPR的故事可能不會以我們今天所知的方式展開。

雖然他並未直接參與後續將CRISPR轉化為基因編輯工具的里程碑式工作，但他最初的細緻觀察為整個領域的發展提供了關鍵的線索和基礎。他的貢獻提醒我們，許多重大科學突破往往源於對看似微不足道或不解現象的最初發現。

結論：從一份好奇到一場革命

綜上所述，最先發現並記錄CRISPR序列的科學家是日本籍的石野義和教授。他的工作在1987年為CRISPR研究奠定了基礎，儘管當時其生物學功能尚不清楚。隨後，經過莫希卡教授的命名和免疫功能假說，以及巴朗古和霍爾瓦特的實驗證實，最終由杜德納、沙爾龐捷和張鋒等科學家將其開發為強大的基因編輯工具。

這段科學探索的歷史充分證明，科學發現往往始於看似微小、甚至不解的好奇心，並在全球科學家的共同努力下，一步步揭開生命的奧秘，最終引領一場徹底改變人類未來的技術革命。

---

常見問題 (FAQ)

在這個部分，我們將針對CRISPR的最初發現和相關背景，提供一些常見問題的簡潔回答，以幫助讀者更好地理解這一複雜但引人入勝的科學故事。

• 問：誰是第一個「命名」CRISPR的科學家？

  答：將這些重複序列正式命名為CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）的是西班牙科學家法蘭西斯科·莫希卡（Francisco Mojica）教授，他在2001年完成了這一命名。

• 問：為何石野義和教授沒有獲得諾貝爾化學獎？

  答：2020年的諾貝爾化學獎是頒發給將CRISPR-Cas9系統開發為「基因編輯工具」的科學家（珍妮佛·杜德納和埃曼紐爾·沙爾龐捷）。石野義和教授的貢獻在於「發現並記錄」了CRISPR序列的存在，是基礎性發現，而諾貝爾獎通常傾向於獎勵突破性的「應用或機制闡明」。

• 問：CRISPR系統最初在細菌中有什麼作用？

  答：CRISPR系統最初被發現是細菌和古菌的適應性免疫系統。它能記錄下入侵病毒（噬菌體）的DNA片段作為「記憶」，並在再次遇到相同病毒時，利用這些記憶引導Cas蛋白精準切割並消滅病毒DNA。

• 問：石野教授最初是如何發現這些序列的？

  答：石野教授及其團隊在研究大腸桿菌中一個名為iap的基因時，通過對DNA進行測序，偶然發現了這些與已知序列不同的、具有重複和間隔結構的異常DNA片段。

• 問：除了石野教授外，還有哪些科學家在早期CRISPR研究中扮演了關鍵角色？

  答：除了石野教授，法蘭西斯科·莫希卡（Francisco Mojica）對於命名CRISPR並提出其免疫功能假說至關重要；羅多爾夫·巴朗古（Rodolphe Barrangou）和菲利普·霍爾瓦特（Philippe Horvath）則通過實驗證實了CRISPR的免疫機制。