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CRISPR能否获得诺奖,谁又能获得诺奖?

已有 9045 次阅读 2016-8-20 16:24 |系统分类:观点评述

CRISPR持续大热,有一些小人物甚至从这个基因编辑技术中获得不可想象的关注,像韩春雨这样的小人物通过研究发布与CRISPR相竞争的技术也得到大家的吹捧关注,此后的铺天盖地的质疑也说明大家对CRISPR未来前景的认可。科学家也不是圣人,围绕CRISPR的技术专利的争夺也愈来愈烈。中国科学家似乎不重视专利,但是我认为专利不仅能带来巨大利益,而且可以为研究的优先权确立提供法律支持,马虎不得。

一,CRISPR/Cas9基因编辑技术能否获诺奖

我的观点是不应该获诺奖,但是肯定能获诺奖。生物学自达尔文进化论以来,逐步形成稍微科学的研究氛围,不像物理学那样研究目标基本上是同质物体,生物学研究的目标是高度复杂的,具有多样性的东西。生物多样性决定了生物学研究问题的复杂性,因此生物学研究缺乏公理化体系,没有大量使用数学。另外,生物领域,特别是动物方向,有着明显的层级结构,比如有机分子对应的分子生物学,蛋白质对应的结构生物学,基因对应这基因技术,已经以上的细胞,组织和器官。对于复杂的生物学体系,不同层级结构都是有多样性的结构构成,最后形成生物学研究的两大特点:多样性和多层级结构。而且,因为多样性,所以导致上层生物学问题无法还原为下层生物学问题,层级机构直接根本没有多少关系。比如说搞清分子生物学不一定能对蛋白组学研究有多少帮助。搞清蛋白质结构也未必对基因技术有任何帮助。以此类推,搞清基因也未必对疾病有任何帮助。这就是为什么很多结构生物学家,经常发CNS,解出若干蛋白质结构,但是其应用于疾病治疗上,如白天登陆太阳一样可望不可及;同样的,基因测序搞了十几年,也没有看到把那个重要疾病治愈。(参见《生物学思想发展的历史》)。

基因编辑恰好位于细胞以下,蛋白质以上的生物学层级中,而人们热切盼望基因技术所解决的人类疾病却往往存在于细胞以上的组织或器官的生物学层级中。正是由于生物学的多样性和层级结构,使得基因编辑技术想用于应用即治病救人的最终目标遥遥不可及。所以说,不管基因编辑技术如何厉害,它离解决人类对需要的解决问题的应用仍十万八千里,它的兴起最多就是带来基因编辑行业的自娱自乐。大家都在玩基因编辑,都在测基因与疾病的因果关系,最后发现如尼克松的癌症登月计划,除了火了基因编辑行业,屁的作用也没有。最让人能晓得的基因编辑技术可以利用的方向就是遗传疾病的治疗,但是遗传疾病在人类疾病谱只占很小的一部分。所以我预言CRISPR的归宿或者价值也就在遗传疾病的治疗方向。所以说,CRISPR基因编辑技术的现实用处其实不大,在这个层级不论如何折腾都不可能带来细胞以上层级疾病的解决。所以说,我认为CRISPR/Cas9基因编辑技术不应该得诺奖。

但是,我不是诺奖评委,说话自然没有分量。就单单看这个CRISPR/Cas9基因编辑技术带来多大的就业人口和资金投入就知道这个东西虽然屁也干不了,但是大家都在干啊。就经济学的观点来说,至少带动就业,增加收入,提高经济活跃度,所以有很高的经济接着,类似中医中药一样,其经济产值不可小视。既然这么热,发CNS文章又得心应手,所以在5年内必然会得诺奖。

二、谁会因为CRISPR/Cas9基因编辑技术获得诺奖

我们直接转载《science》的CRISPR/Cas9基因编辑技术的历史段落如下:

这种新技术最早可以追溯到1987年,当时有一个科研小组观察到,在细菌编码的一个基因末端有一段非常奇怪的重复序列。不过当时这个发现并没有引起太多人的关注。直到十年之后,越来越多的生物学家们开始从事微生物基因组的解析工作,这时他们也都发现了这种奇怪的现象,即在细菌的基因末端,一段 DNA序列会紧接着一段它自己的反向序列,然后再接一段大约30bp左右的、貌似是由碱基随机排列而成的DNA序列,科学家们称之为“空格DNAspacer DNA)”,然后再紧接着一段与前面DNA序列相同的DNA片段,之后再接另外一个空格DNA。在一个微生物的基因组中,这种情况可以出现好多次,不过每一个奇怪的序列都可以由不同的重复片段和空格片段组成。在大约40%的细菌和90%的古细菌(archaea)中都能够观察到这种现象,于是科学家们给这种序列取了一个名字,叫作CRISPR,即成簇的、规律间隔的短回文重复序列(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)。

起初,很多科研人员都认为这种CRISPR序列是毫无价值的垃圾DNA,可是在2005年,有3个生物信息学课题组报道称,这些 CRISPR序列里的空格DNA总是能够与噬菌体的 DNA序列互补、匹配,这提示我们, CRISPR序列很有可能与细菌的免疫保护机制相关。“这是一条非常重要的线索。”美国加州大学伯克利分校(Universityof California, Berkeley)的生化学家JenniferDoudna这样评价道。于是,美国马里兰州美国国家癌症生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information in Bethesda,Maryland)的Eugene Koonin等人提出了一个新想法,即细菌和古细菌能够吸收噬菌体的DNA,然后将其留作己用,并转录出相应的RNA,与入侵的外源DNA结合,这有点类似于真核生物采用的RNA干扰(RNAinterference, RNAi)机制。

Danisco公司的研究人员 Rodolphe BarrangouPhilippeHorvath等人在2007年发现,他们只要对嗜热链球菌进行一番遗传学改造,插入或者去掉几个与噬菌体序列互补的空格DNA片段,就可以改变细菌对噬菌体的免疫力。不过现在已经来到美国北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University in Raleigh)工作的Barrangou当时并没有充分意识到CRISPR机制巨大的应用潜力,他说道:“我们当时完全没有想到,这些DNA序列可以被用于基因组改造方面的工作。”

目前分别就职于德国 Helmholtz感染性疾病研究中心(HelmholtzCentre for Infection Research)和德国Helmholtz医学院(Hannover Medical School in Germany)的DoudnaEmmanuelleCharpentier则分别把工作往前推进了一步。他们俩各自对不同的 CRISPR相关蛋白进行了研究,了解了这些蛋白的作用,阐明了DNA空格序列在细菌的免疫防御机制中的具体作用机制。不过他们俩很快就都把目光锁定在了Cas9这种蛋白上,因为依赖Cas9蛋白的CRISPR系统要比其它 CRISPR系统更简单。

当有外源的噬菌体入侵时,细菌的 CRISPR系统就会被激活,将空格DNA和重复 DNA序列转录成一个长链RNA分子,然后细菌会将该长链RNA分子切割成短链的、包含空格DNA序列的小RNA分子(shortspacer-derived RNA),我们称之为 crRNA Charpentier团队发现,有一种名为tracrRNARNA分子与Cas9蛋白共同作用,负责生成 crRNA,该成果发表在了2011年的《自然》(Nature)杂志上。Charpentier等人推测, Cas9tracrRNAcrRNA一起能够降解与 crRNA互补的外源DNA分子。(到这里,似乎重要人物都悉数出场,但是露了一个人,http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39731&do=blog&id=997325,网友[3]XLONG001  2016-8-1914:38

张峰和 Jennifer Doudna的确对基因编辑工作做出了非常出色的贡献,但他们都不是CRISPR/Cas9的发明人!在美国的同行也不这样认为,科学本身必须要实事求是!CRISPR/Cas9 2011年被科学家Virginijus Siksnys的团体发现,他于2011217日投稿,201178日被Nucleic Acids Research接受发表。“The Streptococcus thermophilus CRISPR/Cassystem provides immunity in Escherichia coli” Nucleic Acids Res. 2011Nov;39(21):9275-82.  2012Virginijus Siksnys的团体又在美国国家科学院院刊PNAS 发表论文,更进一步弄清了Cas9DNA剪切的作用机制,并提出PAM在基因靶点的重要性。该论文发稿是2012521日,而且在201281日被PNAS接收发表。论文的题目是“Cas9–crRNAribonucleoprotein complex mediates specific DNA cleavage for adaptive immunityin bacteria” Jennifer A. Doudna女士第一篇Cas9论文发表在更权威的科学杂志上,发表日期是2012817论文是“Aprogrammable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”从投稿到论文发表只有一个多月时间fast-tractreview)。以后大量的跟进工作,包括张峰的工作,都是出现2012年之后,这些跟进性工作进一步使CRISR/Cas9系统的功能更加完善。到目前为止,已有2000多有关Cas9基因编辑的论文发表。最可笑的是为了专利权(经济利益)美国同行还在法庭没完没了的打官司,厚颜无耻从不提及VirginijusSiksnys的早期CRISPR/Cas9工作。   我自己认为VirginijusSiksnys获诺贝尔奖,是当之无愧的。

科学杂志误导人,首先Charpentier等人这篇2011年的自然杂志论文根本没有提Cas9蛋白,而根据CRISPR/Cas9技术本质看,Cas9蛋白的试验最重要,这扇门最早由Virginijus Siksnys小组打开。估计这篇文章没有发表在CNS上,所以science有意忽视了这个人的贡献,有点小人啊。)

DoudnaEmmanuelle Charpentier都发现,Cas9蛋白是一种能够降解DNA分子的核酸酶(nuclease),其中含有两个酶切活性位点,每一个位点负责切割DNA双螺旋中的一条链。而且这两个课题组还发现,他们可以在不破坏Cas9蛋白与特异性DNA靶点结合能力的前提下,使Cas9蛋白中的一个、或者两个酶切位点失活,该研究成果对于将CRISPR系统应用于基因组改造工作意义重大。据 Doudna回忆,仅仅需要一种酶,再搭配各种 RNA就够了,这种技术要比之前的方法简单多了。

不过在 CRISPR技术投入使用之前,DoudnaCharpentier的课题组都必须证明,他们能够非常精确地控制Cas9蛋白的切割位点,确保不会发生脱靶的情况。Doudna的博士后MartinJinek提出了将tracrRNA和空格 RNA组合起来,形成一个所谓的“向导RNA分子(single-guideRNA)”的想法,并且他们课题组已经在去年成功地构建出了好几个这种向导RNA,而且将其与Cas9蛋白混合在一起,成功地对特定的DNA位点进行了切割(Science, 17 August 2012, p. 816)。“这篇文章可谓是一篇里程碑式的论文。”Barrangou评价道。

我看CRISPR/Cas9基因编辑技术最主要的两篇论文就是:Nucleic Acids Res. 2011 Nov;39(21):9275-82. doi: 10.1093/nar/gkr606.Epub 2011 Aug 3.The Streptococcus thermophilus CRISPR/Cas system providesimmunity in Escherichia coli. Sapranauskas R1, Gasiunas G, Fremaux C, BarrangouR, Horvath P, Siksnys V.Science. 2012 Aug 17;337(6096):816-21. doi: 10.1126/science.1225829.Epub 2012 Jun 28.A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptivebacterial immunity.Jinek M1, Chylinski K, Fonfara I, Hauer M, Doudna JA,Charpentier E.DoudnaCharpentier是确定无疑的入围者,而Siksnys可能有一点不确定,因为虽然Siksnys首提Cas9蛋白,但是发表在一般期刊,science估计也是势利眼。而《cell》(Cell. 2016 Jan 14;164(1-2):18-28. doi:10.1016/j.cell.2015.12.041.)对Siksnys提的比较多,贡献也很肯定,作者评价似乎比DoudnaCharpentier还高。但是因为该作者是和张锋是一个系统的,所以被怀疑弱化DoudnaCharpentier以拔高张锋的贡献。Siksnys不仅论文发表的早,而且专利申请的也早(2012320https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC&II=0&ND=3&adjacent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20160108&CC=HK&NR=1206392A1&KC=A1#)。DoudnaCharpentier的专利于20125月提交申请(https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?FT=D&date=20131128&DB=EPODOC&locale=&CC=WO&NR=2013176772A1&KC=A1&ND=10)。这两个专利内容庞杂,都有中国申请,他们之间是什么关系,是不是影响专利授权就不清楚了,估计前者是体外,后者强调体内吧。值得注意的是后一个专利中有提到在哺乳动物细胞中进行基因编辑,所以很多人说张锋是第一个将CRISPR技术应用于哺乳动物是不正确的。

cell》这篇文章还提到一个细节:

Siksnys201246日向《细胞》提交了论文。6天之后,在没到外部评审的情况下就被期刊拒绝了。(事后,《细胞》的编辑承认这篇论文其实是非常重要的。)Silsnys于是做了此论文的精炼版本,于521日将其投稿给了《美国国家科学学院院刊》,得以于94日在线发表。CharpentierDoudna的合作论文的运气则要好得多。在Siksnys的论文提交之后的2个月,她们的论文于68日提交给了《科学》,顺利通过评审并于628日在线发表。

这里似乎还看不到阴谋论,但是《nature》的一篇文章则隐含指出有人盗用了别人的文章:

Thereare many more unsung heroes of CRISPR than this article could do justice to.One often overlooked group is headed by Virginijus Siksnys at VilniusUniversity in Lithuania — where Giedrius Gasiunas began his PhD in 2007. Heplugged away for years, tackling the biochemistry of CRISPR–Cas9 and, likeJinek, eventually came to the conclusion that the Cas9 enzyme could beprogrammed to cut isolated DNA at specific sites

In2012, the lab sent a paper to Cell,where it was rejected without review. Gasiunas then submitted the paper to the Proceedings of the National Academyof Sciences and waited. A fewmonths later, while his paper was still under review, the now-legendary Jinekpaper appeared in Science.The two papers had key differences, but reached similar conclusions. Gasiunashad been scooped

对于Siksnys比较重要的文章,pnas发表在925https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3465414/,比“JenniferA. Doudna女士第一篇Cas9论文发表在更权威的科学杂志上,发表日期是2012817论文是“A programmable dual-RNA-guidedDNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”。”晚了一个多有月。这可能是大家对Siksnys忽视的另一个原因。

现在看,Siksnys似乎是唯一被忽略的“英雄”。但是,今年沃伦·阿尔珀特奖将给了五位包括他了。

此次获得沃伦·阿尔珀特奖分别为美国北卡罗来纳州立大学的鲁道夫·巴郎格(RodolpheBarrangou)、法国杜邦公司的菲利普·霍瓦特(Philippe Horvath)、美国加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)、瑞典于默奥大学的埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和立陶宛维尔纽斯大学的维吉尼泽斯·斯克尼斯(VirginijusSiksnys)。

另外,因为别人论文和专利都比较早,张锋只是一个跟风者,所以基本不可能获得诺奖。所以如果CRISPR/Cas9基因编辑技术能获奖,那么进入三人小组的人就是Emmanuelle CharpentierJennifer DoudnaVirginijus Siksnys。当然诺贝尔委员会眼瞎了,把奖给了张锋而不是Siksnys,那我也没有办法。




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