基因編輯CRISPR技術(shù)共同發(fā)明人叢樂：張鋒為何與諾獎失之交臂？

北京時間2020年10月7日，瑞典皇家科學(xué)院決定將2020年諾貝爾化學(xué)獎授予德國馬克斯·普朗克病原學(xué)研究所的馬紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）博士以及美國加州大學(xué)伯克利分校的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）博士。

兩名女性科學(xué)家因共同發(fā)現(xiàn)了CRISPR Cas9基因編輯技術(shù)而名聲鶴立，這一技術(shù)為人們在人體和其他動物細(xì)胞上實(shí)現(xiàn)基因編輯奠定了重要基礎(chǔ)。

一時間，基因編輯這項專業(yè)技術(shù)成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)，而同樣發(fā)明了基因編輯CRISPR技術(shù)的華裔科學(xué)家張鋒卻與諾貝爾獎失之交臂，科學(xué)界在為之感到遺憾和惋惜的同時，也熱議其為什么沒有得到諾獎。10月9日，MIT/Broad Institute張鋒實(shí)驗室的第一個博士生、現(xiàn)任斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授叢樂向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者表示，諾貝爾獎對于基因編輯技術(shù)的認(rèn)可，揭示了這一技術(shù)的影響力和重要性，他祝賀上述兩位科學(xué)家獲獎，但對于張鋒未能分享諾獎感到遺憾。

據(jù)了解，張鋒實(shí)驗室從2011年開始進(jìn)行人體細(xì)胞的CRISPR基因編輯研究，從概念提出到技術(shù)設(shè)計、反復(fù)試錯、最終實(shí)現(xiàn)人類細(xì)胞基因編輯，都早于且不依賴于2012年諾貝爾獎得主論文的發(fā)表。

“和很多領(lǐng)域中的成果一樣，有時會有不同研究組、不同科學(xué)家在不同地點(diǎn)、相近的時間，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)/開發(fā)出類似或者相關(guān)結(jié)果。在諾貝爾獎歷史上，因為人數(shù)限制等原因，有大量的杰出科學(xué)家與之失之交臂，其中有不止一位華人科學(xué)家。”

叢樂指出，國內(nèi)國外有很多華人科學(xué)家，不論是研究水平，還是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動，包括所獲產(chǎn)業(yè)投資機(jī)構(gòu)的支持，都在最頂尖之列，所以他很期待繼續(xù)看到華人在這個領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。

為什么張鋒沒獲獎？

10月8日，叢樂在知乎上發(fā)表文章認(rèn)為，兩位女性科學(xué)家的得獎實(shí)至名歸，但同時，他對張鋒未能分享諾獎也非常遺憾。

叢樂指出，和很多領(lǐng)域中的成果一樣，有時會有不同研究組、不同科學(xué)家在不同地點(diǎn)、相近的時間，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)/開發(fā)出類似或相關(guān)結(jié)果。但由于人數(shù)限制等原因，會有大量的杰出科學(xué)家與諾貝爾獎失之交臂。事實(shí)上在CRISPR生物學(xué)領(lǐng)域，歐洲的Virginijus ?ik?nys、Rodolphe Barrangou、Philippe Horvath等先驅(qū)者均作出了突出貢獻(xiàn)。

叢樂本科在清華生物系/電子系師從于饒子和院士，后到哈佛醫(yī)學(xué)院攻讀博士，是MIT/Broad Institute張鋒實(shí)驗室的第一個學(xué)生，畢業(yè)后在麻省理工學(xué)院Aviv Regev教授指導(dǎo)下完成博士后，現(xiàn)為斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院助理教授。

據(jù)了解，2009年，叢樂剛到基因領(lǐng)域大牛、二代測序發(fā)明人之一的George Church實(shí)驗室做研究生的時候，張鋒剛好在該實(shí)驗室做junior fellow（屬于有獨(dú)立PI資質(zhì)的職位）。就此過程中，叢樂發(fā)現(xiàn)了基因組學(xué)中更為前沿的基因編輯技術(shù)。

叢樂從2011年開始在張鋒實(shí)驗室做CRISPR研究，并首次實(shí)現(xiàn)了人類細(xì)胞中的CRISPR基因編輯（論文最終發(fā)表于2013年），也是一部分相關(guān)基因編輯專利申請中的共同發(fā)明人（CRISPR一系列專利存在爭議，法律范疇無法評論）。

叢樂剛開始接觸基因編輯這個領(lǐng)域時，很多早期文章并沒有發(fā)表在頂級雜志，他們經(jīng)常遇到找文獻(xiàn)原文都很困難的情況，但這些都是極重要的起點(diǎn)研究。日本、西班牙、匈牙利、奧地利、美國等早期研究組從1993年到2011年的一系列研究發(fā)現(xiàn)，幫助他們理解了CRISPR是什么、在細(xì)菌中如何工作等。

叢樂介紹說，因為多年科學(xué)積累，這些開創(chuàng)性的CRISPR生物學(xué)研究讓他們早在2011年之前，就已知道了以Cas9為代表的CRISPR蛋白是DNA切割酶。比如2007年時，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)CRISPR可以切斷噬菌體DNA保護(hù)細(xì)菌，從而防止酸奶變質(zhì)。

“但這些早期工作和后來的基因編輯研究的一個本質(zhì)區(qū)別是，它們并不著眼于將CRISPR用于基因編輯，所以這些生物學(xué)理解更多是為CRISPR基因編輯技術(shù)打下了理論基礎(chǔ)，類似我們對于干細(xì)胞的生物學(xué)理解，為誘導(dǎo)干細(xì)胞iPSC這一技術(shù)打下了基礎(chǔ)。誘導(dǎo)干細(xì)胞使用了著名的四個基因Oct4，Sox2，Klf4，cMyc（OSKM），雖然對于這四個基因的生物學(xué)研究極為重要，但是iPSC技術(shù)的關(guān)鍵一步是實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)干細(xì)胞技術(shù)的科學(xué)家完成的。”叢樂指出。

2009年，叢樂在George Church實(shí)驗室和張鋒、Sriram Kosuri、Paula Arlotta幾位科學(xué)家共同工作時第一次接觸到基因編輯。最開始，他們主要研究ZFN/TALE基因編輯技術(shù)，這是早于CRISPR的前一代基因編輯技術(shù)。2011年，他們首次在哺乳動物/人類細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了TALE基因調(diào)控編輯（論文2011年發(fā)表在Nature Biotechnology），而同期Miller等人的論文也開發(fā)了類似的TALEN技術(shù)。基因編輯領(lǐng)域的很多工作都是多個研究組獨(dú)立進(jìn)行的。

2011年初，張鋒設(shè)想可以用CRISPR來代替TALE進(jìn)行基因編輯，經(jīng)過長期努力和試錯，團(tuán)隊合作實(shí)現(xiàn)了這一預(yù)想。

叢樂稱，盡管CRISPR概念潛力巨大，在2012年之前，科學(xué)家僅在原核細(xì)胞或體外試管實(shí)驗中成功檢測到了CRISPR的編輯活性（包含本次諾貝爾獎得主們2012年的重要論文），但他們最感興趣的是哺乳動物和人類細(xì)胞的基因編輯。

人類細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和環(huán)境復(fù)雜度遠(yuǎn)高于細(xì)菌細(xì)胞，所以在生物學(xué)歷史上，大量技術(shù)雖然適用于細(xì)菌或體外，卻未能在人類細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)。本屆諾貝爾獎獲得者杜德納也曾在其他場合提到其2012年發(fā)表的關(guān)鍵論文時，表示“從動物到人類的技術(shù)演進(jìn)上存在巨大瓶頸（techniques for making these modifications in animals and humans have been a huge bottleneck）”，她們團(tuán)隊當(dāng)時在這個方向的嘗試遇到了“大量挫折”。

而在張鋒實(shí)驗室，團(tuán)隊從2011年開始開發(fā)能在人體細(xì)胞進(jìn)行基因編輯的CRISPR系統(tǒng)，2012年提交論文，最終于2013年在Science發(fā)表。事實(shí)上，張鋒實(shí)驗室在2011年2月就有了真核細(xì)胞CRISPR基因編輯技術(shù)的概念設(shè)計（有公開存檔證明）。

所以，這部分工作從概念提出到技術(shù)設(shè)計、再到反復(fù)試錯、最終實(shí)現(xiàn)人類細(xì)胞基因編輯，都早于且不依賴于2012年諾貝爾獎得主論文的發(fā)表。

由于真核細(xì)胞中CRISPR基因編輯的復(fù)雜性、不可控性和工作的原創(chuàng)性，這篇2013年發(fā)表的論文收獲了大量關(guān)注和祝賀，也為之后一系列推動CRISPR基因編輯前進(jìn)的研究鋪下了堅實(shí)基礎(chǔ)。張鋒團(tuán)隊基于這一工作開發(fā)的基因編輯工具盒被大量實(shí)驗室和公司廣泛用于研究和基因治療中。截至目前，該突破性論文也是CRISPR基因編輯領(lǐng)域引用最高的文章。

因此，張鋒本是被學(xué)界很多同仁期待為最可能的諾貝爾獎得主之一。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

10月7日，首都醫(yī)科大學(xué)校長饒毅在其公眾號“饒議科學(xué)”中表達(dá)了以下觀點(diǎn)：

“獨(dú)到的原創(chuàng)比緊密的競爭更優(yōu)雅，發(fā)現(xiàn)和發(fā)明較發(fā)表和展示更重要。”

實(shí)際上，早在2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎公布前夕（當(dāng)年屠呦呦因青蒿素獲獎），就有媒體在猜測張鋒能否獲諾貝爾獎。

彼時饒毅看到微信朋友圈有人轉(zhuǎn)發(fā)《80后華人學(xué)霸：明天會得諾貝爾獎嗎？》，即認(rèn)為張鋒迄今的工作恐怕并未達(dá)到獲得諾獎的程度，希望華人得獎是良好的意愿，但不應(yīng)該忽略客觀公正。

但饒毅也強(qiáng)調(diào)，張鋒年輕有為，聰明勤奮，因為以后的杰出研究工作而獲得諾獎等各種榮譽(yù)并非不可能。

在叢樂看來，諾貝爾獎對于基因編輯技術(shù)的認(rèn)可，也是揭示了這一技術(shù)的影響力和重要性。

事實(shí)上，基因編輯為人類疾病治愈、動植物研究等帶來了巨大的影響。有報道稱，2015年6月，英國倫敦一名1歲大的女嬰因罹患白血病，進(jìn)入了生命倒計時。在傳統(tǒng)療法全面失效的情況下，醫(yī)生嘗試將基因編輯過的血液細(xì)胞注入她體內(nèi)，沒想到竟然創(chuàng)造了世界首例嬰兒白血病的治療奇跡。

對于未來基因編輯的應(yīng)用問題，叢樂向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者表示，與大部分新技術(shù)的成長一樣，基因編輯雖然前景廣闊，但在待解決的技術(shù)和應(yīng)用層面上依然有諸多挑戰(zhàn)。

“從科學(xué)技術(shù)發(fā)展的角度來看，基因編輯還處在走向成熟的初期，所以也會開始有過熱、欲速而不達(dá)的潛在問題，比如長期安全性、編輯準(zhǔn)確度、人類社會倫理等問題解決前，過快應(yīng)用會可能產(chǎn)生反向作用。所以我很贊同國家對于這一新興技術(shù)的穩(wěn)健、有序處理。”叢樂分析說。

另外，叢樂向21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報道記者指出，基因編輯既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。比如對于農(nóng)業(yè)、環(huán)境等基因編輯技術(shù)的科研支持，包括罕見病、嚴(yán)重疾病的基因編輯治療探索，中國科學(xué)家和一些初創(chuàng)企業(yè)已走在世界前列。據(jù)了解，中國一批基因編輯公司正在迅速成長中，如克睿基因、博雅輯因等。

“國內(nèi)國外有很多華人科學(xué)家，不論是研究水平，還是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動，包括所獲產(chǎn)業(yè)投資機(jī)構(gòu)的支持，都在最頂尖之列，所以我很期待繼續(xù)看到華人在這個領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，作為青年科研工作者的一員，希望大家繼續(xù)關(guān)注和支持。”叢樂表示。