在世界範圍內，對NgAgo作為「基因剪刀」的探索，仍有新的進展
韓春雨的「基因剪刀」又復活了？
中國新聞周刊記者/杜瑋
4月4日，美國冷泉港實驗室運營的網站bioRxiv發表論文稱，普渡大學的科研人員發現了一種名為NgAgo的蛋白能切割DNA(脫氧核糖核酸)，並可以提高大腸桿菌體內基因同源重組的效率。bioRxiv是免費向生物學家開放的預印本文獻庫，也就是說，發表在上面的文章都是尚未獲得同行評議的作者原始文稿。
韓春雨。攝影/中國新聞周刊記者 董潔旭
在基因編輯過程中，同源重組被視為細胞常用的修復手段，基因剪刀斷開DNA鏈條的行為，會刺激同源重組的發生，如果再提供外源供體，則能完成DNA序列的交換。三個月前，華中農業大學農業微生物國家重點實驗室的研究團隊也在國際期刊《核酸研究》上發文，同樣稱NgAgo能促進幾種細菌體內的基因同源重組，可視為潛在的基因編輯工具。
NgAgo，正是兩年多以前，讓河北科技大學副教授韓春雨捲入巨大輿論漩渦的物質。如今，伴隨著兩篇新論文的發表，由韓春雨首次發現並命名的NgAgo能否作為基因編輯的新剪刀，再度成了被關注的焦點。
說NgAgo繞不開韓春雨
2016年5月2日，《自然》雜誌子刊《自然·生物技術》刊登了一篇名為《DNA引導的NgAgo蛋白可用作基因編輯工具》的文章，作者為河北科技大學韓春雨團隊，這是NgAgo首次被提出。文章稱，NgAgo能在嚮導DNA的指引下，對目標基因有效切割，可用於對人類細胞的基因編輯。
這篇文章發表後，在種種外界因素的推動下，隨即在國內引發轟動效應，某些國內專家和媒體稱之為「諾獎級」的發現。同時，NgAgo被視為新的基因編輯技術，可比肩目前世界上應用最廣泛的基因編輯工具CRISPR/Cas9。
基因編輯，指人為對DNA片段進行有目的的改造，包括插入、敲除基因等操作，使其序列發生變化。基因編輯和電腦上編輯一份文檔類似，只不過，其操作對象是直接影響生物體特質的終極密碼——DNA。通常，基因編輯分為剪開與修復兩個步驟。因此，要想進行基因編輯，首先要有把好「剪刀」。
目前，科學家們用得最順手的基因剪刀就是CRISPR/Cas9，其開發者是美國麻省理工學院華裔科學家張鋒和加州大學伯克利分校教授詹妮弗·杜德娜等。實際上，CRISPR/Cas9最初是細菌抵禦外敵的防禦系統：當有病毒或外來DNA首次入侵時，CRISPR/Cas9就會剪切一段帶有入侵者身份特質的DNA(核糖核酸)，將其記錄在案，等外敵再次來犯時，CRISPR/Cas9會依據之前記錄的DNA信息，轉錄出一段起著嚮導作用的RNA，指引自己對來敵精準識別，準確打擊。就是這樣一套系統，被科學家們用作基因編輯的工具。
但CRISPR/Cas9也有缺點：其剪切點一定要位於一段處於特定位置、名為PAM序列的上遊，這意味著CRISPR/Cas9的工作範圍並不能無死角、全覆蓋。而引導其剪切的RNA還有著容易變身的特點，這同樣會影響到剪切的準確度。因此，研發更可靠、更準確的新剪刀成了科學家們的目標。這一背景下，名為Argonaute(簡稱Ago)的蛋白家族開始相繼登場。
與CRISPR/Cas9相似，Ago蛋白同樣是生物體的防禦系統。最初，人們發現，真核生物體內的Ago蛋白能降解外來的RNA，進而又發現，來源於原核生物的Ago蛋白可以消滅入侵的DNA。從形態上來說，原核與真核生物的區別在於細胞核有沒有核膜，原核生物是指一類細胞核無核膜包裹的原始單細胞生物，真核生物則涵蓋了包括人類在內的所有動植物等生命體。
2014年，荷蘭瓦赫寧根大學教授約翰·范德歐斯特在原核生物的Ago蛋白家族中，發現一種名為TtAgo的蛋白能與具有嚮導作用的DNA結合，在65°C條件下，切割目的DNA。但顯然，高溫限制了其發揮更大作用的潛力。
業界一度認為，韓春雨的研究突破性地解決了這一弊端。通過對比篩選，他發現另一種來源于格氏嗜鹽鹼桿菌的Ago蛋白，並將其命名為NgAgo。通過實驗證實，這種蛋白能在37°C常溫下，結合嚮導DNA，實現基因編輯。這意味著NgAgo在人類疾病治療、生物製藥等領域將有廣闊的應用前景。而相比CRISPR/Cas9，NgAgo還有著不特定依賴於PAM序列、以DNA 為嚮導不易失效和脫靶、容錯率低、效率高等一系列優點。
2016年5月8日，新媒體平臺「知識分子」，以《韓春雨：「一鳴驚人」的中國科學家發明世界一流新技術》為題，報導了韓春雨其人與他的研究。「知識分子」在這篇註明為「特稿」的文章前加了一段編者按，其中寫道：「令國人激動的是，韓春雨在河北科技大學條件不好、經費缺乏、人員很少的情況下做出的研究，優於世界一流的麻省理工、哈佛、斯坦福。《知識分子》主編、北京大學教授饒毅將韓春雨推介給編輯部，在此我們特別刊出專訪，以饗讀者。」
此後，國內媒體蜂擁而上，對韓春雨的研究成果進行報導。韓春雨先後被評為河北省科協副主席、河北省最美教師、國家「中青年科技創新領軍人才」候選人、「長江學者獎勵計劃」候選人、2016年度高校享受政府特殊津貼人員等。2016年8月，河北省發改委還批覆並「原則同意」了估算總額達2.24億元的河北科技大學基因編輯技術研究中心的工程建設項目。
質疑聲與讚譽幾乎同時而至。在其論文發表後不到20天，現任美國普林斯頓大學分子生物學系教授、當時在清華大學任教的結構生物學家顏寧在微博上首次提出韓春雨論文結果的可重複性存在問題。
此後，類似質疑在未名空間、知乎、百度貼吧等論壇上出現。至2016年9月，饒毅與中科院院士邵峰聯名致信河北科技大學校長，稱「宜謹慎對待韓春雨及其研究成果」，並建議成立專家委員會，核實韓春雨研究成果。當年10月，北大生科院教授魏文勝等13名國內生物學家聯名在媒體上公開發聲，表示無法重複該實驗結果，希望韓春雨公開所有原始數據，呼籲學校及相關方介入調查。
2016年11月，《自然·生物技術》編輯部表示，正在調查該論文。之後，韓春雨給《自然·生物技術》編輯部補充了相關實驗數據。
2017年1月，國家知識產權局撤回了韓春雨團隊以Ago為核心的基因編輯技術專利。據介紹，目前，該團隊以國際專利形式重新提交申請，並處於公開狀態。同年8月，由於一直沒有重複出實驗結果，韓春雨團隊撤回論文。《自然·生物技術》編輯部發表了《是該數據說話的時候了》的社論稱，「我們現在確信韓春雨的撤稿決定是維護已發表科研記錄完整性的最好做法。」
之後，韓春雨團隊繼續尋找論文結果不能重複的原因。時隔一年後，河北科技大學發文稱，韓春雨團隊不存在主觀造假。但依據有關規定，取消韓春雨所獲得的榮譽稱號，終止韓春雨團隊承擔的科研項目並收回科研經費。韓春雨團隊回應說，實驗設計存在缺陷、研究過程存在著不嚴謹的問題。
兩項新發現與基因剪刀的未來
雖然「韓春雨事件」告一段落，但由他首先提出的NgAgo能否作為基因編輯工具仍無定論。
早在2016年11月，南通大學神經再生重點實驗室副教授劉東與復旦大學生命科學學院研究員王永明在《自然》雜誌子刊《細胞研究》上發表了國內第二篇關於NgAgo的文章。文章稱，用NgAgo可以「敲低」斑馬魚基因，導致其眼部發育缺陷。但由於「敲低」只是使基因表達降低，並沒有改變基因序列，因此，談不上「編輯」。而由於研究對象不同，劉東等人稱，其研究也「不能對此前韓春雨的結論證實或證偽」。
相比之下，最近發表的兩項關於NgAgo的新研究似乎帶給人們更多希望。
在美國普渡大學的研究中，NgAgo首先被證實在體外實驗中具有切割DNA的能力。更進一步，研究人員發現，NgAgo上兩個名為PIWI和RepA的部位都能獨立切割DNA。但與韓春雨結論不同的是，在普渡大學開展的體外實驗中，NgAgo切割時，並沒有和本該配對的嚮導DNA結合。負責這項研究的普渡大學農業與生物工程助理教授凱文·所羅門在接受《中國新聞周刊》採訪時推測說，這有可能是NgAgo事先已結合了DNA在複製過程產生的其他碎片DNA片段，充當嚮導。
而在大腸桿菌的體內實驗中，NgAgo被證明能結合嚮導DNA，並依靠其切割能力，提升大腸桿菌同源重組的效率。今年1月，華中農業大學的研究同樣證明：在巴氏桿菌和大腸桿菌體內，NgAgo能提升基因同源重組的效率。但與普渡大學和韓春雨的研究不同，該論文作者華中農大動物科學技術學院、農業微生物國家重點實驗室教授張安定、金梅林等人觀察到，NgAgo對同源重組的促進，是通過NgAgo的PIWI部位與一種助力同源重組的酶RecA的相互作用。「當然，我們不排除它兩種原理都在起作用。」張安定在接受《中國新聞周刊》採訪時說。
但需要注意的是，無論是華中農大還是普渡大學的研究，目前都聚焦的是NgAgo在原核生物中的切割作用。「我們並沒有打算重複韓春雨論文中的研究結論，也就是在哺乳動物細胞中進行基因編輯。」所羅門說，「現在說NgAgo能否適用於人類細胞基因編輯為時尚早，我們能夠說的是，這是又一個能提升細菌中基因編輯的工具，對生物燃料的生產、製藥等方面能發揮作用。」
事實上，在韓春雨論文結果發表之初，國內也曾一度掀起跟風研究熱潮。據某不願具名的業內人士稱，國內六七家在這一領域較有實力的科研機構此前都對NgAgo很感興趣。但在韓春雨論文被熱烈追捧又遭到強烈質疑後，這些研究者又逐漸退出，基本不再涉足該研究領域。相比之下，在世界範圍內，對於NgAgo乃至更大範圍的Ago蛋白家族的研究，仍進展不斷。
今年2月，加州理工學院生物工程系教授阿列克謝·阿拉溫在bioRxiv上發表論文稱，源於丁酸梭菌的CbAgo具有高活性，可用於在中等溫度下切割單鏈和雙鏈DNA。阿拉溫進一步表示，在37℃條件下，CbAgo可能在真核細胞中具有活性。前文提到的荷蘭瓦赫寧根大學教授範德歐斯特近期也在bioRxiv發表了類似的研究成果。不過，他對《中國新聞周刊》回復稱，「迄今為止，我們還沒有用CbAgo進行人類細胞基因組的編輯，如果應用，還需要更多的優化」。
國內某權威科研院所一名長期研究Ago蛋白家族的研究人員稱，當初，韓春雨的研究只是該領域眾多科研成果中的一項，即使文章結論成立，也並無特別值得關注之處。他的研究之所以引發轟動效應，主要是媒體的炒作。在她看來，眼下，Ago蛋白用作基因編輯工具還不太合適，「就像拿一把非常鈍的刀子去切肉一樣」，「但不排除以後大家想到什麼樣的辦法對蛋白進行一個非常大的改造，或者兩三個蛋白一起作用，研究人員應該想一些更加有用的辦法。一旦基礎研究有了突破，應用上的突破也會很快跟上。那麼究竟突破在哪裡？我覺得還得給大家更多時間。」
前述不願具名的業內人士則表示，從目前國內外最新的研究成果來看，NgAgo有其科研價值，「顯現出來很多的效果都是值得我們去研究的」。他認為，相較國外的持續跟進，如果國內因為韓春雨當年被「捧殺」而不再關注這一研究，將在這一領域處於落後被動的地位。
《中國新聞周刊》2019年第15期
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來源：中國新聞周刊