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专题9微专题（七）展望前沿——与生物学相关的诺贝尔奖讲义

生命科学的突出成就当属一年一度的诺贝尔生理学或医学奖获得者所探讨的内容，在高考题题干中通常以诺贝尔奖获得者的成果展示和说明作为“引子”或切入点，因此在备考过程中要关注生物学相关的突出成就及热点问题：

2024年诺贝尔化学奖为CRISPR/Cas9技术。

以下为诺贝尔生理学或医学奖：

2024年：抗击血源性丙型肝炎做出的确定性贡献。——肝硬化和肝癌的最主要缘由。

2024年：发觉了细胞如何感知和适应氧气的可用性。——调控基因活性的分子。

2024年：癌症免疫治疗。——与免疫调整细胞癌变相联系。

2017年：发觉限制生理节律的机制。——与果蝇遗传或生理调控相联系。

2016年：日本—大隅良典—自噬性溶酶体。

2015年：中国—屠呦呦—疟疾治疗—青蒿素。

2014年：发觉了一种大脑定位系统——内部GPS，可以指导我们的空间定位，为更高级的认知功能供应了细胞基础。——可以与神经调整、信息传递、人脑的高级功能等相联系。

2013年：发觉细胞内部囊泡运输调控机制——可以与分泌蛋白的形成与分泌、受体等相关联。

2012年：成年体细胞重新诱导回早期干细胞状态，以用于形成各种类型的细胞，应用于临床医学。——可以与细胞分化、胚胎干细胞的培育、器官移植建立联系。

2011年：免疫方面——可以与所学免疫学问联系。

2010年：试管婴儿方面——可以与受精作用、减数分裂、设计试管婴儿联系。

解读2024年诺贝尔化学奖

(1)CRISPR/Cas9技术敲除掉部分基因原理

①CRISPR/Cas9是细菌的一种后天免疫防卫机制——CRISPR序列示意图如下(其中，菱形框表示高度可变的间隔序列，正方形表示相对保守的重复序列)，其中的“间隔序列”来源于病毒或外源质粒的一小段DNA，是细菌对这些外来入侵者的“记录”。

②病毒或外源质粒上存在“原间隔序列”，“间隔序列”正是与它们相互对应。“原间隔序列”的选取并不是随机的，这些原间隔序列的两端向外延长的几个碱基往往都很保守，我们称为PAM(原间隔序列接近基序)。

③当病毒或外源质粒DNA首次入侵到细菌体内时，细菌会对外源DNA潜在的PAM序列进行扫描识别，将接近PAM的序列作为候选的“原间隔序列”，将其整合到细菌基因组上CRISPR序列中的两个“重复序列”之间。这就是“间隔序列”产生的过程。

④当外源质粒或病毒再次入侵宿主菌时，会诱导CRISPR序列的表达。同时，在CRISPR序列旁边还有一组保守的蛋白编码基因，称为Cas基因。CRISPR序列的转录产物CRISPRRNA和Cas基因的表达产物等一起合作，通过对PAM序列的识别，以及“间隔序列”与外源DNA的碱基互补配对，来找到外源DNA上的靶序列，并对其切割，降解外源DNA。这也就实现了对病毒或外源质粒再次入侵的免疫应答。

(2)CRISPR/Cas9技术的运用和发展

①详细运用如下图所示，在待敲除基因的上下游各设计一条向导RNA(指导RNA)，将其与含有Cas9蛋白编码基因的质粒一同转入细胞中，向导RNA通过碱基互补配对可以靶向PAM旁边的目标序列，Cas9蛋白会使该基因上下游的DNA双链断裂。对于DNA双链的断裂这一生物事务，生物体自身存在着DNA损伤修复的应答机制，会将断裂上下游两端的序列连接起来，从而实现了细胞中目标基因的敲除。

②CRISPR/Cas9基因魔剪：当探讨人员要用基因魔剪来编辑一个基因组时，他们会人工构建一个指导RNA，它与将要被切割的DNA代码相匹配。魔剪蛋白Cas9与指导RNA形成复合物，将魔剪带到基因组中将要进行切割的地方。

③原始的CRISPR－Cas9会由于RNA定位偏差而出现脱靶效应，现在通过改进，可以大幅降低脱靶效应。同时还发觉了一些新的系统，除了最起先的Cas9，后面又找到了Cas12的一系列酶，机理上有肯定不同，但还是用以切割DNA；还有Cas13则用于切割RNA。基于Cas12和Cas13的开发以及机制探讨，又发展出了新的工具用于快速检测病毒，效率可以达到几分钟检测一个样品，并且用到了现在的新冠病毒检测中。

1．(2024·重庆西南高校附中高三月考)2024年诺贝尔生理学或医学奖颁给了发觉丙肝病毒的三位科学家。丙肝病毒是单股正链RNA病毒，用＋RNA表示。主要侵染肝细胞，引发肝炎。下图表示丙肝病毒的增殖和表达过程。对多个丙肝病毒进行分析比较，发觉其核苷酸和氨基酸序列存在较大差异。目前尚无有效的疫苗预防丙肝。下列相关说法错误的是()

A．丙肝病毒合成蛋白质原料由肝细胞供应

B．丙肝病毒的遗传物质是单链RNA，结构不稳定，易发生变异，导致丙肝疫苗研制困难较大

C．丙肝病毒的RNA中，每个核糖均与两个磷酸相连