5個月前,華人科學家發明DNA顯微鏡,諾獎能否為他打開第7扇門?

2020-12-04 歷來現實

走近張鋒——比起「瘋狂的」賀建奎,你更應該認識這位華人。

引文

如果問你去年國內生物領域最爆炸性的新聞是什麼?你一定不會忘記,11月26日某網站曾刊發過的一篇文章《世界首例免疫愛滋病的基因編輯嬰兒在中國誕生》,同時還有一段視頻在網絡廣為流傳,那是曾為史丹福大學博士後的賀建奎,在用流利的英文介紹他所做的這項"前無古人的開拓性"工作。

因為研究結果是在香港基因編輯國際峰會的前一天爆出,所以極短的時間內就引發了國內外科學家和民眾的關注。畢竟愛滋病這個疾病人人聞風喪膽,如果真的能夠通過基因編輯技術從源頭上切斷,讓這個疾病漸漸消失於人類社會,倒也不失為一種方式。與此同時,這項技術是否符合生物醫學倫理,是否足夠成熟到應用於人體嬰兒呢?

國內科學家對此反應十分迅速,26日當晚,包括來自中科院、清華、北大等的122位國內科學家,在某平臺發布"科學家聯合聲明",對此表示堅決反對和強烈譴責。與此同時,國外科學家也持懷疑、不認可的態度。

事件發生的第一時間,媒體採訪了科學家張鋒,他的回覆是"目前階段,將這項技術應用於人的胚胎細胞,風險遠遠大於獲益,應該全面叫停。"

為何要特地提及這位科學家呢?因為倘若細究,他才是將CRISPR-CAS9基因編輯技術應用在人體細胞中的第一人,是該領域最有話語權的規則制定者之一,同時也是未來諾貝爾獎的有力爭奪者,曾被評為福布斯40歲以下最有成就的40人。

他也是我們今天故事的主人公。

1982年,他出生在中國河北省石家莊市;11歲,隨家人移民到美國;先後獲得哈佛大學化學與物理學學士學位及史丹福大學化學及生物工程博士學位;29歲的他加入麻省理工學院,同時在麥戈文的腦科學研究所等多家單位從事科研工作;31歲時,他的實驗室開發出創新性CRISPR-CAS9系統,大幅度提高了編輯基因的可靠性和效率,引起國際關注,因其突破性的研究成果,此後各種榮譽不斷:

《自然》雜誌的2013年年度十大科學人物之一;

被湯森路透評為2015年全世界19位最具影響力的科學家之一(他是名單裡最年輕的、唯一的生物醫學工程學者);

2016年的加拿大蓋爾德納國際獎、湯森路透化學領域"引文桂冠獎"入圍,此後一直被視為諾貝爾獎的熱門人選;

2017年,他晉升為美國麻省理工學院理學院終身教授,再獲阿爾伯尼生物醫學獎,成為歷史上第二名獲此獎項的華人學者;

2018年,獲得美國人文與科學學院院士

……

與生物結緣於電影《侏羅紀公園》

剛移民到美國一年時間,在一次分子生物學課程上,張鋒與同學一起觀看了電影《侏羅紀公園》,此後他對生物工程相關知識表現出極大興趣,課堂上表現非常積極活潑,生物老師便為其聯繫了當地一個實驗室,介紹他去做志願者。

在這個實驗室裡,他嘗試了許多有意思的東西。比如用綠色螢光蛋白做DNA的防曬霜,顯微鏡下細細觀察比較,他發現綠色螢光蛋白還真的能保護DNA,免其受到紫外線的損傷,這既充實了他的課外生活,又讓他對分子生物有了一個大概的了解。

成熟的選擇

雖然此前對分子生物學學科已有一些初步的嘗試與探索,但是大學期間,他卻選擇了另一個方向——化學與物理專業,對此他給出的理由是:化學與物理的基本原理相對穩定,大學階段他想打牢基礎,這樣在以後的學術道路上走得更穩。

其實如果你之前有了解過生物學,會發現這一門學科許多地方都要用到物理化學類的知識,比如試劑,比如物質之間的化學反應、相互作用,比如量的把控,倘若單一學習生物,理科思維確實構建不是非常完整,短期裡看不出來差別,但作為長久的學術生涯,對此後課題挖掘的深度、思維的廣度等都大有助益,所以他這個選擇不可謂不明智。

三項諾獎級工作,他會因為哪一項而終於獲獎?

當我們在發愁該吃什麼好時,張鋒猶豫的是,自己到底會因為哪一項獲得諾獎。

1生物領域的第一桶金

也許是運氣,去斯坦福張鋒想要找的是朱棣文老師,卻碰巧遇見了Karl Deisseroth,Karl Deisseroth才來不久,剛搭建完自己的實驗室,急需人手。兩人一談,相見恨晚,張鋒當即決定留在Karl Deisseroth的實驗室學習。

這段時間的學習,二人的合作促成了光遺傳技術的誕生,年僅23歲的張鋒是光遺傳技術這篇論文的第二作者。什麼是光遺傳技術?這是一項很重要的工具,為我們最終理解自己的大腦大有幫助,這樣我們也許會明白為何自己會愛或恨一個人,為何對某個東西有某種認識,甚至對老年痴呆症的研究也有益處。

Karl Deisseroth已相繼獲得諾貝爾獎指向標的科技突破獎和引文桂冠獎,也許在不久的將來,就可能真的會獲得諾獎。

2令人興奮的突破

2011年,張鋒來到麻省理工,成立了自己的實驗室,也是在入職一個月左右,張鋒在偶然間聽到CRISPR/Cas的名字,是來自於一位傳染病生物學家之口,他當時正談論細菌中天然免疫系統的組件。張鋒敏銳地感覺到它的潛力,立馬回去搜索相關知識,發現早有研究團隊在進行一些嘗試。他在極短的時間消化知識,然後著手研究。2012年,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier領導的研究小組在Science發表了一篇關鍵文章。文章中揭示了天然免疫系統是如何變成編輯工具的。因為這篇文章,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier後來獲得獎金為300萬美元引文桂冠獎,CRISPR-Cas9這項技術的發明人也第一次有了官方認定,只有她們二人,沒有張鋒的名字。

但其實在她們發表這篇文章之前,張鋒早已創建並運行了CRISPR-Cas系統。為此,他還提供了他的實驗室筆記本的快照來佐證。但仍有不少人質疑,引起第一次提出基因編輯的想法的並不是他,他的佐證只能說明他是將CRISPR-Cas9技術運用到人類細胞的第一人,而非開拓者。

所以,這項是否有獲得諾獎的可能還需存疑,也許未來他會帶來更突破性的研究成果。

3再接再厲的2019年

人類早在幾百年前使用光學顯微鏡觀察到了細胞,後來用冷凍電鏡觀察到了蛋白的三維立體結構。隨著科學研究深入到更微觀的水平,以上兩類顯微鏡已無法滿足現實需要。

2019年6月,張鋒教授在Cell雜誌發表了一篇重磅論文——張鋒及其合作者開發了一種全新的顯微鏡:DNA顯微鏡。DNA顯微鏡,顧名思義,不依賴光或任何類型的光學器件,通過獨特的成像模式,可將物理圖像編碼為DNA,並以精確的序列信息推斷細胞解析度的原始轉錄物的物理圖像,從而實現在基因組水平上對細胞的觀察。

其實論文早在2018年就已在預印本網站 BioRxiv 上線,2019年這次是正式發表於 Cell 雜誌。

縱觀諾貝爾獎的歷史,顯微鏡技術一共獲得過6次,三次獲物理獎,三次獲化學獎。分別是:

1953年的相位差顯微鏡;

1982年的晶體電子顯微技術;

1986年的電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡;

2014年的超解析度螢光顯微鏡;

2017年的冷凍電子顯微鏡技術。

所以,這無疑為其未來獲取諾貝爾獎又添了一枚砝碼。

不菲的商業價值

書呆子,是我們對學霸土得掉渣的成見。張鋒這位學霸可絕對不是只將眼光聚焦於實驗室的小天地,在商業領域他也有極強的敏銳性。

2013年1月發表完將CRISPR-CAS9基因編輯技術運用到人類細胞的基因組上的相關論文,他馬不停蹄地申請他申請了相關專利。幾周後,另一位優秀的女科學家Jennifer Doudna也發表了自己的研究成果,而且她還早在七個月以前就申請了專利。但最終是由張鋒所在實驗室獲得,因為張鋒所申請的是快通道專利,遞交申請短短6個月後即授予了他智慧財產權(IP),這意味著他們擁有在除細菌外的任何生物中使用CRISPR的權益,包括老鼠、豬、牛和人。

科學界普遍承認,CRISPR是自20世紀70年代生物技術時代開啟以來發現的最重要的基因工程技術。重要意味著商業價值,張鋒沒有讓這份價值旁落。截止到目前為止,五年時間,他已經創立四家公司,其中一家已上市,一家即將上市,另外兩家公司也已獲得巨額融資。

2013年,張鋒創立基因編輯治療公司 Editas Medicine,2016年該公司在美國成功上市,今年7月,開始啟動人體內基因治療的臨床試驗;

2017年開始,他與人合作,陸續成立三家公司,分別是單鹼基編輯治療公司 Beam Therapeutics ,基因編輯農業公司 Pairwise Plants ,分子診斷技術公司 Sherlock Biosciences

其中Beam Therapeutics正式遞交了納斯達克上市申請,計劃募資1億美元。

令人敬佩的是,儘管外界對他是否會獲得諾獎討論得熱火朝天,現在的他仍專注於基因編輯技術的進一步改進,為將這項技術變得更加完美而認真執著地努力著,且屢有新作發表!畢竟連優質偶像王力宏也曾為他瘋狂打call(王力宏的哥哥是生物科學研究工作者)。

CRISPR-CAS9基因編輯技術還非常年輕,只有短短六年時間,但已經給生物領域帶來了許多新思路。張鋒也很年輕,他才37歲,未來還有太多不可預測的成果也許會誕生於他的實驗室,讓我們一起期待吧!

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