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5个月前,华人科学家发明DNA显微镜,诺奖能否为他打开第7扇门?

聚焦 2019-11-18 14:50:34

来源:历史都很现实   责任编辑:禹锋

导语

走近张锋——比起“疯狂的”贺建奎,你更应该认识这位华人。

  走近张锋——比起“疯狂的”贺建奎,你更应该认识这位华人。

  引文

  如果问你去年国内生物领域最爆炸性的新闻是什么?你一定不会忘记,11月26日某网站曾刊发过的一篇文章《世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿在中国诞生》,同时还有一段视频在网络广为流传,那是曾为斯坦福大学博士后的贺建奎,在用流利的英文介绍他所做的这项"前无古人的开拓性"工作。

  因为研究结果是在香港基因编辑国际峰会的前一天爆出,所以极短的时间内就引发了国内外科学家和民众的关注。毕竟艾滋病这个疾病人人闻风丧胆,如果真的能够通过基因编辑技术从源头上切断,让这个疾病渐渐消失于人类社会,倒也不失为一种方式。与此同时,这项技术是否符合生物医学伦理,是否足够成熟到应用于人体婴儿呢?

  国内科学家对此反应十分迅速,26日当晚,包括来自中科院、清华、北大等的122位国内科学家,在某平台发布"科学家联合声明",对此表示坚决反对和强烈谴责。与此同时,国外科学家也持怀疑、不认可的态度。

  事件发生的第一时间,媒体采访了科学家张锋,他的回复是"目前阶段,将这项技术应用于人的胚胎细胞,风险远远大于获益,应该全面叫停。"

  为何要特地提及这位科学家呢?因为倘若细究,他才是将CRISPR-CAS9基因编辑技术应用在人体细胞中的第一人,是该领域最有话语权的规则制定者之一,同时也是未来诺贝尔奖的有力争夺者,曾被评为福布斯40岁以下最有成就的40人。

  他也是我们今天故事的主人公。

  1982年,他出生在中国河北省石家庄市;11岁,随家人移民到美国;先后获得哈佛大学化学与物理学学士学位及斯坦福大学化学及生物工程博士学位;29岁的他加入麻省理工学院,同时在麦戈文的脑科学研究所等多家单位从事科研工作;31岁时,他的实验室开发出创新性CRISPR-CAS9系统,大幅度提高了编辑基因的可靠性和效率,引起国际关注,因其突破性的研究成果,此后各种荣誉不断:

  《自然》杂志的2013年年度十大科学人物之一;

  被汤森路透评为2015年全世界19位最具影响力的科学家之一(他是名单里最年轻的、唯一的生物医学工程学者);

  2016年的加拿大盖尔德纳国际奖、汤森路透化学领域"引文桂冠奖"入围,此后一直被视为诺贝尔奖的热门人选;

  2017年,他晋升为美国麻省理工学院理学院终身教授,再获阿尔伯尼生物医学奖,成为历史上第二名获此奖项的华人学者;

  2018年,获得美国人文与科学学院院士

  与生物结缘于电影《侏罗纪公园》

  刚移民到美国一年时间,在一次分子生物学课程上,张锋与同学一起观看了电影《侏罗纪公园》,此后他对生物工程相关知识表现出极大兴趣,课堂上表现非常积极活泼,生物老师便为其联系了当地一个实验室,介绍他去做志愿者。

  在这个实验室里,他尝试了许多有意思的东西。比如用绿色荧光蛋白做DNA的防晒霜,显微镜下细细观察比较,他发现绿色荧光蛋白还真的能保护DNA,免其受到紫外线的损伤,这既充实了他的课外生活,又让他对分子生物有了一个大概的了解。

  成熟的选择

  虽然此前对分子生物学学科已有一些初步的尝试与探索,但是大学期间,他却选择了另一个方向——化学与物理专业,对此他给出的理由是:化学与物理的基本原理相对稳定,大学阶段他想打牢基础,这样在以后的学术道路上走得更稳。

  其实如果你之前有了解过生物学,会发现这一门学科许多地方都要用到物理化学类的知识,比如试剂,比如物质之间的化学反应、相互作用,比如量的把控,倘若单一学习生物,理科思维确实构建不是非常完整,短期里看不出来差别,但作为长久的学术生涯,对此后课题挖掘的深度、思维的广度等都大有助益,所以他这个选择不可谓不明智。

  三项诺奖级工作,他会因为哪一项而终于获奖?

  当我们在发愁该吃什么好时,张锋犹豫的是,自己到底会因为哪一项获得诺奖。

  1生物领域的第一桶金

  也许是运气,去斯坦福张锋想要找的是朱棣文老师,却碰巧遇见了Karl Deisseroth,Karl Deisseroth才来不久,刚搭建完自己的实验室,急需人手。两人一谈,相见恨晚,张锋当即决定留在Karl Deisseroth的实验室学习。

  这段时间的学习,二人的合作促成了光遗传技术的诞生,年仅23岁的张锋是光遗传技术这篇论文的第二作者。什么是光遗传技术?这是一项很重要的工具,为我们最终理解自己的大脑大有帮助,这样我们也许会明白为何自己会爱或恨一个人,为何对某个东西有某种认识,甚至对老年痴呆症的研究也有益处。

  Karl Deisseroth已相继获得诺贝尔奖指向标的科技突破奖和引文桂冠奖,也许在不久的将来,就可能真的会获得诺奖。

  2令人兴奋的突破

  2011年,张锋来到麻省理工,成立了自己的实验室,也是在入职一个月左右,张锋在偶然间听到CRISPR/Cas的名字,是来自于一位传染病生物学家之口,他当时正谈论细菌中天然免疫系统的组件。张锋敏锐地感觉到它的潜力,立马回去搜索相关知识,发现早有研究团队在进行一些尝试。他在极短的时间消化知识,然后着手研究。2012年,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier领导的研究小组在Science发表了一篇关键文章。文章中揭示了天然免疫系统是如何变成编辑工具的。因为这篇文章,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier后来获得奖金为300万美元引文桂冠奖,CRISPR-Cas9这项技术的发明人也第一次有了官方认定,只有她们二人,没有张锋的名字。

  但其实在她们发表这篇文章之前,张锋早已创建并运行了CRISPR-Cas系统。为此,他还提供了他的实验室笔记本的快照来佐证。但仍有不少人质疑,引起第一次提出基因编辑的想法的并不是他,他的佐证只能说明他是将CRISPR-Cas9技术运用到人类细胞的第一人,而非开拓者。

  所以,这项是否有获得诺奖的可能还需存疑,也许未来他会带来更突破性的研究成果。

  3再接再厉的2019年

  人类早在几百年前使用光学显微镜观察到了细胞,后来用冷冻电镜观察到了蛋白的三维立体结构。随着科学研究深入到更微观的水平,以上两类显微镜已无法满足现实需要。

  2019年6月,张锋教授在Cell杂志发表了一篇重磅论文——张锋及其合作者开发了一种全新的显微镜:DNA显微镜。DNA显微镜,顾名思义,不依赖光或任何类型的光学器件,通过独特的成像模式,可将物理图像编码为DNA,并以精确的序列信息推断细胞分辨率的原始转录物的物理图像,从而实现在基因组水平上对细胞的观察。

  其实论文早在2018年就已在预印本网站 BioRxiv 上线,2019年这次是正式发表于 Cell 杂志。

  纵观诺贝尔奖的历史,显微镜技术一共获得过6次,三次获物理奖,三次获化学奖。分别是:

  1953年的相位差显微镜;

  1982年的晶体电子显微技术;

  1986年的电子显微镜和扫描隧道显微镜;

  2014年的超分辨率荧光显微镜;

  2017年的冷冻电子显微镜技术。

  所以,这无疑为其未来获取诺贝尔奖又添了一枚砝码。

  不菲的商业价值

  书呆子,是我们对学霸土得掉渣的成见。张锋这位学霸可绝对不是只将眼光聚焦于实验室的小天地,在商业领域他也有极强的敏锐性。

  2013年1月发表完将CRISPR-CAS9基因编辑技术运用到人类细胞的基因组上的相关论文,他马不停蹄地申请他申请了相关专利。几周后,另一位优秀的女科学家Jennifer Doudna也发表了自己的研究成果,而且她还早在七个月以前就申请了专利。但最终是由张锋所在实验室获得,因为张锋所申请的是快通道专利,递交申请短短6个月后即授予了他知识产权(IP),这意味着他们拥有在除细菌外的任何生物中使用CRISPR的权益,包括老鼠、猪、牛和人。

  科学界普遍承认,CRISPR是自20世纪70年代生物技术时代开启以来发现的最重要的基因工程技术。重要意味着商业价值,张锋没有让这份价值旁落。截止到目前为止,五年时间,他已经创立四家公司,其中一家已上市,一家即将上市,另外两家公司也已获得巨额融资。

  2013年,张锋创立基因编辑治疗公司 Editas Medicine,2016年该公司在美国成功上市,今年7月,开始启动人体内基因治疗的临床试验;

  2017年开始,他与人合作,陆续成立三家公司,分别是单碱基编辑治疗公司 Beam Therapeutics ,基因编辑农业公司 Pairwise Plants ,分子诊断技术公司 Sherlock Biosciences

  其中Beam Therapeutics正式递交了纳斯达克上市申请,计划募资1亿美元。

  令人敬佩的是,尽管外界对他是否会获得诺奖讨论得热火朝天,现在的他仍专注于基因编辑技术的进一步改进,为将这项技术变得更加完美而认真执着地努力着,且屡有新作发表!毕竟连优质偶像王力宏也曾为他疯狂打call(王力宏的哥哥是生物科学研究工作者)。

  CRISPR-CAS9基因编辑技术还非常年轻,只有短短六年时间,但已经给生物领域带来了许多新思路。张锋也很年轻,他才37岁,未来还有太多不可预测的成果也许会诞生于他的实验室,让我们一起期待吧!

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