CRISPR/Cas9可用來(lái)對(duì)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(yī)學(xué)研究中引起一場(chǎng)變革。 |
CRISPR/Cas9作為在大多數(shù)細(xì)菌和古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的一種天然免疫系統(tǒng)，可用來(lái)對(duì)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(jī)理被揭示，2013年CRISPR/Cas9系統(tǒng)可以對(duì)人體基因進(jìn)行編輯，2014年數(shù)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(yī)學(xué)研究中引起一場(chǎng)變革。
CRISPR/Cas9機(jī)理
CRISPR指的是規(guī)律成簇的間隔短回文重復(fù)(Clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。當(dāng)外源DNA侵入宿主細(xì)胞，被CRISPR位點(diǎn)識(shí)別。再次感染引發(fā)互補(bǔ)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(dǎo)、切割特定DNA序列的核酸酶。引導(dǎo)RNA(gRNA)可設(shè)計(jì)成包含發(fā)夾結(jié)構(gòu)，以模擬tracrRNA-crRNA復(fù)合物。結(jié)合特異性是根據(jù)gRNA和三核苷酸NGG序列(protospacer adjacent motif，PAM)。對(duì)于位點(diǎn)特異的編輯，CRISPR/Cas9系統(tǒng)至少需要Cas9核酸酶和gRNA。
提及CRISPR/Cas9，不得不重?fù)]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(xì)菌對(duì)抗病毒免疫防御過(guò)程運(yùn)用CRISPR/Cas9基因編輯機(jī)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(xiàn)榮獲2015年生命科學(xué)突破獎(jiǎng)。這一被業(yè)內(nèi)人士成為“豪華版諾貝爾獎(jiǎng)”的設(shè)立是為了獎(jiǎng)勵(lì)具有非凡應(yīng)用前景的突破性研究。同時(shí)，CRISPR/Cas9被譽(yù)為本世紀(jì)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，自張鋒專利申請(qǐng)成功之后Doudna就與公司斷絕關(guān)聯(lián)，并同時(shí)將知識(shí)產(chǎn)權(quán)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)專利爭(zhēng)奪戰(zhàn)中，拔取頭籌的張鋒又是何許人也?且耐心往下看：
張鋒：CRISPR/Cas9專利發(fā)明人
張鋒，麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)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)家開發(fā)出了可用來(lái)編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，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(tǒng)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(qǐng)了CRISPR/Cas9技術(shù)的專利。張峰博士則是該專利的發(fā)明者。這一舉措也正是拉開了關(guān)于CRISPR/Cas9的專利爭(zhēng)奪帷幕。
張鋒依靠4300萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)室走向市場(chǎng)，并應(yīng)用于醫(yī)療。
值得一提的是，張鋒在接受采訪時(shí)曾說(shuō)：“像光遺傳學(xué)和CRISPR一類的工具，是如此基礎(chǔ)性的工具。如果你讓它們成為專有物，你將會(huì)阻礙科學(xué)的進(jìn)步。”
圍繞CRISPR/Cas9的紛爭(zhēng)
CRISPR/Cas9之所以如此火熱，是因?yàn)樵撓到y(tǒng)可以作為編輯人體細(xì)胞基因組，用于治療遺傳性疾病。它在企業(yè)中尚有專利許可之限，但是在實(shí)驗(yàn)室卻受到熱烈追捧。
許多研究團(tuán)隊(duì)利用CRISPR來(lái)刪除、添加、激活或抑制人體、老鼠、斑馬魚、細(xì)菌、果蠅、酵母、線蟲、猴子和農(nóng)作物細(xì)胞中的目標(biāo)基因，該技術(shù)在遺傳學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
CRISPR勢(shì)不可擋的熱浪當(dāng)然也席卷到了中國(guó)，中科院、清華大學(xué)等眾多研究機(jī)構(gòu)開始利用該技術(shù)開展科學(xué)研究。2014年國(guó)家自然科學(xué)基金申請(qǐng)項(xiàng)目中共批準(zhǔn)了31項(xiàng)CRISPR相關(guān)的項(xiàng)目，總金額達(dá)1300萬(wàn)元。
CRISPR/Cas9技術(shù)在精確編輯基因上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)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(zāi)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(guó)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)表了編輯人類胚胎相關(guān)的論文。據(jù)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)在開展人類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(píng)論性文章，呼吁科學(xué)家們放緩對(duì)CRISPR/Cas9的試驗(yàn)，學(xué)術(shù)界應(yīng)該規(guī)范多項(xiàng)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。圍繞它的專利爭(zhēng)奪、科研進(jìn)展、倫理思考、安全顧慮，都在提示我們要負(fù)責(zé)、謹(jǐn)慎地加以運(yùn)用，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)它的預(yù)期價(jià)值。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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