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“CRISPR女神”:杜德纳(李嘉诚生物医学与健康科学中心的科学家系列)(2)

已有 1932 次阅读 2020-10-31 10:03 |个人分类:科学家研究|系统分类:海外观察

CRISPR女神”:杜德纳(李嘉诚生物医学与健康科学中心的科学家系列)(2)


 

合作研究

杜德纳的CRISPR研究始于2005年。一天,杜德纳接到同事的电话----伯克利加州大学的地球和行星科学教授吉莉恩·班菲尔德(Jillian Banfield)。班菲尔德在研究一所废弃矿场里的微生物时,在它们的基因组里发现了一些重复的DNA片段——这些片段就是规律成簇的间隔短回文重复序列(即CRISPR)。班菲尔德说CRISPR与RNAi之间可能存在着某种共性,而杜德纳的课题组当时主要的研究领域正是RNAi。CRISPR有着与RNAi相似的功能。对于杜德纳来说,CRISPR这一研究课题的诱惑力实在是太大了。杜德纳于是开始寻找相关线索。在接下来的几年中,杜德纳和同事发现,CRISPR有点像人类的免疫系统,能够记录曾经入侵的病毒的遗传信息,并储存起来,形成“记忆”。

2011年3月,杜德纳前往波多黎各首府圣胡安参加美国微生物学会会议。在这里,她第一次见到了法国微生物学家、遗传学家埃马纽埃尔·沙尔庞捷(Emmanuelle Charpentier)。两位科学家在交流时发现,两个实验室都在研究CRISPR,并且沙尔庞捷刚开始研究CRISPR系统里面的一种特殊蛋白质--Cas9。沙尔庞捷首先提出了合作。杜德纳派出了资深的博士后Martin Jinek和夏彭蒂耶一起工作。

合作也许是科研最好的催化剂。几个月后,她们就弄清楚了CRISPR系统中Cas9的工作原理。她们很快发现,细菌CRISPR系统里的RNA能引导Cas9剪掉任一特定的DNA序列;通过探索实验发现了原初的完整的生物学现象,提出了理论解释,揭秘了这种现象的机理,并利用这种生物学机理发明了一种崭新的基因编辑新技术,并且,这种方法在很多物种的细胞中都能工作。他们意识到,一项新的基因编辑技术诞生了!它最大的意义在于对 DNA序列进行非常精准的编辑,用打靶来作比喻,通过它可以“指哪儿打哪儿”。和以前的技术相比,它简单、易学、廉价,大大地降低了入门门槛,更重要的是它的打靶效率也更高,可以同时对多个靶点进行靶向的编辑和修饰。

这项研究发表到《科学》杂志上之后,立即引起了全球性的关注。与其他基因编辑技术相比,CRSIPR操作简单,成本低廉,并且无比高效,因而很快就在世界各国的生物实验室中得到了应用。  CRISPR-Cas9使科学家能够以空前的效率和精度,重写包括人类细胞在内的任何生物体中的DNA。CRISPR-Cas9的突破性功能和多功能性为生物学,农业和医学领域带来了新的革命。它不仅彻底改变了基础科学,可以创造新型作物,还能开创性新的医疗方法;特别是为开创新的癌症疗法做出了贡献,使治愈遗传性疾病的梦想成为现实。

有人认为,2020年诺贝尔化学奖是“掐头去尾留中间”,即没有授予初创者,也没有青睐扩展者,而是授予最关键最核心者。CRSIPR的最初发现者是日本学者Yoshizumi Ishino,最先认识到CRSIPR的重要性的是西班牙的微生物学家Francisco Mojica,把该技术扩展到了人类疾病的应用是张峰和乔治·丘奇(George Church)。哈佛医学院的丘奇对此做过一个十分中肯与精辟的分析:诺奖委员会做出了一个非常棒的选择,不认为自己和张锋应该出现在获奖名单中。丘奇认为沙尔庞捷和杜德纳是做出了发现(“made a discovery”),这是诺奖委员会更看重的,而他和张可称之为发明家(“inventor”)。对于张锋,丘奇认为他还年轻,非常具有创造性,将来还会有机会。首都医科大学饶毅教授在其个人公众号评论道:“独到的原创比紧密的竞争更优雅,发现和发明较发表和展示更重要。”

当然,在 CRISPR 基因编辑技术光环背后,还有一些应该被铭记的博士后。

Blake Wiedenheft,曾是杜德纳实验室的博士后,也是其实验室第一个开展CRISPR研究的人。Blake Wiedenheft在蒙大拿州立大学博士期间的主要工作是在黄石国家公园的温泉中采样,然后在实验室中再现这一生态系统,以此来研究这些在恶劣水环境中生存的微生物。以后,Wiedenheft 的兴趣转向了微生物的病毒防御机制,无意中看到了一个名为 CRISPR 的奇特细菌免疫机制。2007年,他联系了杜德纳 ,发现她也有相同的兴趣。杜德纳随后邀请 Wiedenheft 来到她的实验室工作,成为杜德纳实验室的博士后,也是其实验室第一个开展CRISPR研究的人。在接下来的5年时间里,他展开了针对 CRISPR 系统的结构生物学和生物化学研究,以第一作者发表了一篇 Nature论文,表明CRISPR系统可依赖小RNA进行序列特异性基因沉默。如今他是蒙大拿州立大学副教授。

Martin Jinek也是杜德纳实验室的博士后,作为第一作者2012年8月在Science 发表了那篇奠定如今诺贝尔化学奖的划时代论文,阐释了CRISPR系统原理,为CRISPR基因编辑扫除障碍。如今他是苏黎世大学副教授。随着人们对 CRISPR-Cas9 基因编辑技术兴趣的增长,现在他每个月都要出差两到三个次作报告。在享受着 CRISPR 带来的事业红利的同时,他也要想方设法在实验室运营和其他事务中取得平衡。




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