CRISPR/Cas9可用來(lái)對抗入侵的病毒及外源DNA，短短三年多時(shí)間，CRISPR/Cas9以其廉價(jià)、快速、簡(jiǎn)易的特點(diǎn)在生物醫學(xué)研究中引起一場(chǎng)變革。 |
CRISPR/Cas9作為在大多數細菌和古細菌中發(fā)現的一種天然免疫系統，可用來(lái)對抗入侵的病毒及外源DNA。它從問(wèn)世之初就一直備受矚目。2012年CRISPR/Cas9機理被揭示，2013年CRISPR/Cas9系統可以對人體基因進(jìn)行編輯，2014年數百篇論文充斥科研界，2015年的 “定制胚胎”，短短三年多時(shí)間，CRISPR/Cas9以其廉價(jià)、快速、簡(jiǎn)易的特點(diǎn)在生物醫學(xué)研究中引起一場(chǎng)變革。
CRISPR/Cas9機理
CRISPR指的是規律成簇的間隔短回文重復(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。當外源DNA侵入宿主細胞，被CRISPR位點(diǎn)識別。再次感染引發(fā)互補的成熟CRISPR RNA(crRNA)找到匹配的序列，為CRISPR相關(guān)(Cas)核酸酶在特定DNA序列切割雙鏈提供了特異性。
Cas9是由crRNA和tracrRNA(反式激活crRNA)引導、切割特定DNA序列的核酸酶。引導RNA(gRNA)可設計成包含發(fā)夾結構，以模擬tracrRNA-crRNA復合物。結合特異性是根據gRNA和三核苷酸NGG序列(protospacer adjacent motif，PAM)。對于位點(diǎn)特異的編輯，CRISPR/Cas9系統至少需要Cas9核酸酶和gRNA。
提及CRISPR/Cas9，不得不重揮筆墨說(shuō)一說(shuō)這些人：
CRISPR/Cas9揭秘人
加州大學(xué)伯克利分校生物化學(xué)與分子生物學(xué)教授Jennifer Doudna 博士和德州亥姆霍茲傳染研究中心的Emmanuelle Charpentier合作與2012年在《Science》發(fā)表揭示細菌對抗病毒免疫防御過(guò)程運用CRISPR/Cas9基因編輯機理的學(xué)術(shù)論文，讓CRISPR/Cas9從此成為科研界新寵。
這兩位女科學(xué)家于2014年年底憑借這一偉大發(fā)現榮獲2015年生命科學(xué)突破獎。這一被業(yè)內人士成為“豪華版諾貝爾獎”的設立是為了獎勵具有非凡應用前景的突破性研究。同時(shí)，CRISPR/Cas9被譽(yù)為本世紀目前為止生物技術(shù)領(lǐng)域的最大突破。
2013年11月，Emmanuelle Charpentier作為創(chuàng )始人之一，創(chuàng )辦了CRISPR Therapeutics公司。同一時(shí)間，Jennifer Doudna 博士與張鋒共同成立Editas Medicine公司。但是戲劇的是，自張鋒專(zhuān)利申請成功之后Doudna就與公司斷絕關(guān)聯(lián)，并同時(shí)將知識產(chǎn)權授予一家2015年年初才成立的創(chuàng )業(yè)公司Intellia Therapeutics。
那么這場(chǎng)專(zhuān)利爭奪戰中，拔取頭籌的張鋒又是何許人也?且耐心往下看：
張鋒：CRISPR/Cas9專(zhuān)利發(fā)明人
張鋒，麻省理工學(xué)院腦與認知科學(xué)助理教授、McGovern 腦研究所和Broad研究所核心成員。2013年，這位80后的年輕華人科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了可用來(lái)編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas9系統，一時(shí)間引起轟動(dòng)。之后兩年，張鋒博士一直致力于該系統的臨床研究，發(fā)表優(yōu)秀論文十多余篇。
2014年4月，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)聯(lián)手創(chuàng )辦的Broad研究所成功申請了CRISPR/Cas9技術(shù)的專(zhuān)利。張峰博士則是該專(zhuān)利的發(fā)明者。這一舉措也正是拉開(kāi)了關(guān)于CRISPR/Cas9的專(zhuān)利爭奪帷幕。
張鋒依靠4300萬(wàn)美元的風(fēng)險投資與人聯(lián)合創(chuàng )辦了Editas Medicine。Editas Medicine創(chuàng )辦衷指是將最好的基因剪切技術(shù)——CRISPR 技術(shù)從實(shí)驗室走向市場(chǎng)，并應用于醫療。
值得一提的是，張鋒在接受采訪(fǎng)時(shí)曾說(shuō)：“像光遺傳學(xué)和CRISPR一類(lèi)的工具，是如此基礎性的工具。如果你讓它們成為專(zhuān)有物，你將會(huì )阻礙科學(xué)的進(jìn)步?！?/p>
圍繞CRISPR/Cas9的紛爭
CRISPR/Cas9之所以如此火熱，是因為該系統可以作為編輯人體細胞基因組，用于治療遺傳性疾病。它在企業(yè)中尚有專(zhuān)利許可之限，但是在實(shí)驗室卻受到熱烈追捧。
許多研究團隊利用CRISPR來(lái)刪除、添加、激活或抑制人體、老鼠、斑馬魚(yú)、細菌、果蠅、酵母、線(xiàn)蟲(chóng)、猴子和農作物細胞中的目標基因，該技術(shù)在遺傳學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應用。
CRISPR勢不可擋的熱浪當然也席卷到了中國，中科院、清華大學(xué)等眾多研究機構開(kāi)始利用該技術(shù)開(kāi)展科學(xué)研究。2014年國家自然科學(xué)基金申請項目中共批準了31項CRISPR相關(guān)的項目，總金額達1300萬(wàn)元。
CRISPR/Cas9技術(shù)在精確編輯基因上的獨特優(yōu)勢讓其快速發(fā)展，但是也迎來(lái)了一系列倫理、生態(tài)安全等思考，且近乎災難性的生物濫用也帶來(lái)了恐懼感和不確定感。4月18日，來(lái)自中國中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的“80后副教授”黃軍就在《Protein & Cell》雜志上首次發(fā)表了編輯人類(lèi)胚胎相關(guān)的論文。據Nature新聞描述，這屬世界首例，也證實(shí)了先前關(guān)于有人已經(jīng)在開(kāi)展人類(lèi)胚胎基因編輯研究的傳聞。一時(shí)間，在科研界引發(fā)一場(chǎng)社會(huì )輿論?！禢ature》和《Science》期刊相繼發(fā)表評論性文章，呼吁科學(xué)家們放緩對CRISPR/Cas9的試驗，學(xué)術(shù)界應該規范多項防范策略。
CRISPR/Cas9是科學(xué)家探索未知的工具，是企業(yè)家創(chuàng )業(yè)研發(fā)的根本。圍繞它的專(zhuān)利爭奪、科研進(jìn)展、倫理思考、安全顧慮，都在提示我們要負責、謹慎地加以運用，只有這樣才能實(shí)現它的預期價(jià)值。
來(lái)源：中國科學(xué)報
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