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張鋒贏得專利、憾失諾獎,細數CRISPR基因編輯三巨頭之間的愛恨情仇

Bio生物世界(ID:ibioworld)      2020-10-08
導讀:近年來生命科學領域最耀眼的技術正式宣告誕生,杜德娜、卡彭蒂耶、張鋒三人,也被人們稱為CRISPR三巨頭。三巨頭在CRISPR基因編輯領域接連取得重要進展,發表了大量重磅論文。由于CRISPR基因編輯技術在疾病治療、疾病檢測、遺傳育種等領域有著巨大優勢和前景,三巨頭分別成立公司,開始CRISPR基因編輯的商業化應用。

2012年8月17日,詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)合作,在 Science 雜志發表了基因編輯史上的里程碑論文,成功解析了CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理。

2013年2月15日,張鋒在 Science 雜志發表論文,首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術改進并應用于哺乳動物和人類細胞。

至此,自此,近年來生命科學領域最耀眼的技術正式宣告誕生。

2015年,科學界最壕獎,也是諾獎風向標之一的科學突破獎授予了詹妮弗·杜德娜和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶,此后每年CRISPR獲得諾獎的呼聲都很高。

大家一致認為,如果CRISPR獲諾獎,詹妮弗·杜德娜和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶必然獲獎,為CRISPR發展、應用和推廣做出最大貢獻的張鋒同樣被認為是熱門獲獎人選。

實際上,近年來的科學大獎一直更認可詹妮弗·杜德娜和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶,2015年的科學突破獎、2016年的阿爾珀特獎、2020年的沃爾夫獎,均未授予張鋒。2016年唐獎、2016年蓋爾德納國際獎,則是三人共同獲得。

2020年10月7日,諾貝爾化學獎公布獲獎名單,CRISPR眾望所歸摘下諾獎桂冠,詹妮弗·杜德娜和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶收獲諾獎,然而,獲獎者中并無張鋒。

在科學大獎上受挫的張鋒,在CRISPR專利上始終占據上風,CRISPR基因編輯技術,自2012年誕生以來短短數年時間,已成為近年來生命科學領域最耀眼、最受關注的技術,與此同時,CRISPR自誕生之初,就伴隨著曠日持久的專利戰。

2020年9月10日,專利審判和上訴委員會(PTAB)裁定,Broad 研究所張鋒團隊在其已獲準的專利中擁有將CRISPR系統用于真核細胞的“優先權”,該專利涵蓋了在實驗室培養的人類或直接在人體內的應用。由于CRISPR基因編輯在疾病治療和基因改造方面極具前景的應用價值,在真核細胞(包括人類細胞)中的專利顯然是含金量最高的。但該裁定同時肯定了詹妮弗·杜德娜和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶團隊是CRISPR基因編輯技術的關鍵發明者。這意味著,CRISPR的專利戰還將持續下去。

CRISPR基因編輯三巨頭

2012年8月17日,詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)和埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)合作,在 Science 雜志發表了基因編輯史上的里程碑論文,成功解析了CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理。

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2013年2月15日,張鋒在 Science 雜志發表了,首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術改進并應用于哺乳動物和人類細胞。

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自此,近年來生命科學領域最耀眼的技術正式宣告誕生,杜德娜、卡彭蒂耶、張鋒三人,也被人們稱為CRISPR三巨頭。

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三巨頭在CRISPR基因編輯領域接連取得重要進展,發表了大量重磅論文。由于CRISPR基因編輯技術在疾病治療、疾病檢測、遺傳育種等領域有著巨大優勢和前景,三巨頭分別成立公司,開始CRISPR基因編輯的商業化應用。

張鋒率先創建了Editas Medicine公司,詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)創建了Intellia Therapeutics公司,埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)創立了CRISPR Therapeutics公司,這三家公司均已上市。

受到CRISPR技術榮獲諾獎的重大利好影響,這三家公司股價隨即大漲。

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如今三家公司均在CRISPR基因編輯治療遺傳病領域取得了許多突破,張鋒的Editas Medicine已開始基因編輯治療先天性黑蒙癥10型的臨床試驗。

卡彭蒂耶的CRISPR Therapeutics公司,在CRISPR基因編輯治療β地中海貧血和鐮狀細胞病這兩種罕見遺傳病的臨床試驗中也取得了非常好的效果。

三巨頭間的恩怨情仇

1、CRISPR的發現

2003年,西班牙微生物學家弗朗西斯科·莫伊卡(Francisco Mojica)給Nature雜志投了個論文,慘遭拒稿。后來這篇論文又相繼投遞給了《美國科學院院刊》《分子微生物學》以及《核酸研究》等一系列期刊,但也都遭到了冷落。

原因無它,因為這個研究結論實在是太奇怪了。

莫伊卡在論文中指出,細菌和古菌當中廣泛存在一種免疫機制,可以記住之前感染過它們的病毒的基因特征,從而展開針對性的防御,大有“同一個招式不能對圣斗士用兩次”的意思。在當時人們的觀念中,這些單細胞的細菌、古菌何德何能有這種厲害的免疫系統?

直到2005年,莫伊卡的研究成果才被個比較一般的學術期刊《分子演化雜志》所接收。從此以后,一個新的術語開始進入了人們的視野——“規律成簇間隔短回文重復”(Clustered Regularly Interspaced ShortPalindromic Repeats),簡稱CRISPR。

弗朗西斯科·莫伊卡(Francisco Mojica),成為CRISPR系統的第一個發現者。這也是今年諾貝爾化生理學或醫學獎、諾貝爾物理學獎的頒獎詞都是 discovery(發現),而化學獎的頒獎詞則是 development(發展)的原因。

在隨后五六年里,CRISPR猶如一個吸引無數玩家參與的拼圖游戲,一塊又一塊的拼圖碎片被世界各地的玩家拼接到位。

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終于在2011年,屬于CRISPR的最后一塊關鍵碎片被埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)拼了上去。她的論文揭示了CRISPR作為基因編輯工具的實力,或許近在眼前了。

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2、技驚四座的CRISPR

不久之后,埃瑪紐埃爾·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)在美國微生物學學會上,遇到了詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna),兩人一見如故,開始合作。

僅僅一年之后,她們發現并證實來自化膿鏈球菌的spCas9蛋白的CRISPR系統,最適合做基因編輯工具,并用它成功編輯了大腸桿菌基因。CRISPR進軍基因編輯領域的第一槍,就此漂亮打響。

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3、捷足先登的張鋒

此時,一位來自麻省理工學院的年僅30歲的華人科學家敏銳地意識到了CRISPR的光輝前景,他的名字,叫做張鋒。

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張鋒的科研生涯可謂開掛,在哈佛大學讀本科期間,師從于國際著名顯微成像大牛,差一點拿諾貝爾獎的大神莊小威。讀博時,師從國際著名神經學技術大牛卡爾·戴塞爾羅斯,卡爾正是光遺傳學的開創者,而光遺傳學拿諾貝爾獎只是時間問題。

卡彭蒂耶和杜德娜的論文發表后幾個月,張鋒在Science雜志發表論文,將CRISPR/Cas9基因編輯成功應用到了哺乳動物和人類細胞,張鋒成了第一個用CRISPR/Cas9編輯哺乳動物細胞基因組的科學家。

如果說卡彭蒂耶和杜德娜發現了一座金礦,那么張鋒就相當于是最先找到了這個金礦中的金子。如果按照學術界誰先發現就歸誰的慣例,CRISPR/Cas9的發現,就成了一筆糊涂賬。

4、名與利之歌:專利的游戲

一開始,張鋒連同杜德娜等人合伙創建基因編輯公司——Editas Medicine,沒過多久,杜德娜等人就和張鋒等談判破裂,杜德娜單飛出去辦了一家名為Intellia Therapeutics的公司。兩個陣營關于CRISPR/Cas9的專利之爭,擺上了臺面。

按理說,杜德娜和卡彭蒂耶發表論文在先,申請專利也比張鋒他們早得多,優勢很大。但這愣是被張鋒團隊一套組合拳給破功了。首先,張鋒團隊借助一系列司法解釋把CRISPR的專利拆成了好幾十份,從法理上把“金子”和“金礦”的所有權分了開來,然后又花錢走了專利審核的“快速通道”,讓他們的專利比杜德娜的更早獲得通過。

最后,他們還巧妙運用了美國時任總統奧巴馬的一些新政策,提出這個專利的有效性要基于“誰先完成研究”而非“誰先申請專利”,為此張鋒拿出了過去兩年的詳細實驗記錄,明明白白地記錄著他早在杜德娜的論文發表之前就已經走在了她的研究進度之前。

此外,張鋒果斷宣布對學術界開放CRISPR/Cas9基因編輯的專利,只要研究不是出于商業目的,就可以隨意免費地使用。不僅如此,他還把自己的研究資源放到公共庫Addgene中,免費分發于天下,一舉贏得了整個學術界的支持。

更重要的是,張鋒團隊很快就把CRISPR/Cas9玩出了花——自2013年至今,張鋒發的論文之多足可用排山倒海來形容,隨便哪一篇開拓這一片科研新天地。

自CRISPR/Cas9發明以來,其一半重大突破都出自張鋒之手,剩下的也多少用到了張鋒免費分發的科研資源,幾年下來,張鋒在基因編輯領域一哥的地位幾近無可撼動。

2014年,美國專利商標局(USPTO)批準了張鋒所在的博德研究所的專利請求,來自加州大學的上訴也在2016年被悉數駁回。此后的專利訴訟,張鋒團隊也始終處于上風。

5、失之東隅、收之桑榆

在專利上吃虧的卡彭蒂耶和杜德娜,在高級學術獎勵上頻頻收獲,2015年二人獲得了有豪華版諾獎之稱的“科學突破獎”,2016年,兩人再獲阿爾珀特獎,2020年,兩人又同獲沃爾夫獎。2020年10月7日,二人共同獲得科學界最高獎——諾貝爾獎

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6、神仙打架,技術得利

科學家們爭來爭去,其實也是因為CRISPR/Cas9造福于人的無限潛力。作為定點破壞基因方面最強大也最便宜的“特務”,CRISPR/Cas9大大降低了修改基因,尤其是動物基因的成本與技術門檻。張鋒等人掀起的那一股編輯動物基因的風潮,正前所未有地席卷全球各地的實驗室。

現在,任何科學家想要研究一個動物基因,只需大手一揮:“給我把這個基因敲了!”“給我把那段DNA序列塞到這個基因里!”不消半年,就能“定制”一批基因修飾動物出來做研究。當年砸大錢問公司買動物模型的歷史,已經一去不復返。

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中科院的科學家利用CRISPR/Cas9技術制作的基因敲除猴。在CRISPR/Cas9技術發明以前,制作基因敲除的靈長類幾乎是不可想象的事情。

2020年3月4日,張鋒創立的Editas Medicine公司宣布:CRISPR療法AGN-151587(EDIT-101)治療先天性黑蒙癥10型(LCA10)的I/II期臨床試驗,已完成首例患者給藥。

這是全球首個在體CRISPR基因編輯臨床試驗,此次也是全球首例CRISPR基因編輯的在體給藥。更是人類攻克遺傳性疾病的一大步。在CRISPR技術誕生之前,這幾乎是不可想象的。

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如今,將CRISPR/Cas9用在醫療上的嘗試越來越多:基因編輯臨床試驗越來越多,有許多已取得非常好的治療效果,CRISPR基因編輯技術的出現,讓人類攻克遺傳病變得觸手可及,人類從未像今天這樣距離擺脫遺傳限制如此之近。

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