CRISPR/Cas9可用來對抗入侵的病毒及外源DNA，短短三年多時間，CRISPR/Cas9以其廉價、快速、簡易的特點在生物醫(yī)學研究中引起一場變革。 |
CRISPR/Cas9作為在大多數(shù)細菌和古細菌中發(fā)現(xiàn)的一種天然免疫系統(tǒng)，可用來對抗入侵的病毒及外源DNA。它從問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(tǒng)可以對人體基因進行編輯，2014年數(shù)百篇論文充斥科研界，2015年的 “定制胚胎”，短短三年多時間，CRISPR/Cas9以其廉價、快速、簡易的特點在生物醫(yī)學研究中引起一場變革。
CRISPR/Cas9機理
CRISPR指的是規(guī)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(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(jié)構(gòu)，以模擬tracrRNA-crRNA復合物。結(jié)合特異性是根據(jù)gRNA和三核苷酸NGG序列(protospacer adjacent motif，PAM)。對于位點特異的編輯，CRISPR/Cas9系統(tǒng)至少需要Cas9核酸酶和gRNA。
提及CRISPR/Cas9，不得不重揮筆墨說一說這些人：
CRISPR/Cas9揭秘人
加州大學伯克利分校生物化學與分子生物學教授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程運用CRISPR/Cas9基因編輯機理的學術論文，讓CRISPR/Cas9從此成為科研界新寵。
這兩位女科學家于2014年年底憑借這一偉大發(fā)現(xiàn)榮獲2015年生命科學突破獎。這一被業(yè)內(nèi)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，CRISPR/Cas9被譽為本世紀目前為止生物技術領域的最大突破。
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，自張鋒專利申請成功之后Doudna就與公司斷絕關聯(lián)，并同時將知識產(chǎn)權(quán)授予一家2015年年初才成立的創(chuàng)業(yè)公司Intellia Therapeutics。
那么這場專利爭奪戰(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，麻省理工學院腦與認知科學助理教授、McGovern 腦研究所和Broad研究所核心成員。2013年，這位80后的年輕華人科學家開發(fā)出了可用來編輯DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas9系統(tǒng)，一時間引起轟動。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，麻省理工學院和哈佛大學聯(lián)手創(chuàng)辦的Broad研究所成功申請了CRISPR/Cas9技術的專利。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于CRISPR/Cas9的專利爭奪帷幕。
張鋒依靠4300萬美元的風險投資與人聯(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——CRISPR 技術從實驗室走向市場，并應用于醫(yī)療。
值得一提的是，張鋒在接受采訪時曾說：“像光遺傳學和CRISPR一類的工具，是如此基礎性的工具。如果你讓它們成為專有物，你將會阻礙科學的進步?！?/p>
圍繞CRISPR/Cas9的紛爭
CRISPR/Cas9之所以如此火熱，是因為該系統(tǒng)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)中尚有專利許可之限，但是在實驗室卻受到熱烈追捧。
許多研究團隊利用CRISPR來刪除、添加、激活或抑制人體、老鼠、斑馬魚、細菌、果蠅、酵母、線蟲、猴子和農(nóng)作物細胞中的目標基因，該技術在遺傳學領域得到廣泛應用。
CRISPR勢不可擋的熱浪當然也席卷到了中國，中科院、清華大學等眾多研究機構(gòu)開始利用該技術開展科學研究。2014年國家自然科學基金申請項目中共批準了31項CRISPR相關的項目，總金額達1300萬元。
CRISPR/Cas9技術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了恐懼感和不確定感。4月18日，來自中國中山大學生命科學學院的“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的論文。據(jù)Nature新聞描述，這屬世界首例，也證實了先前關于有人已經(jīng)在開展人類胚胎基因編輯研究的傳聞。一時間，在科研界引發(fā)一場社會輿論?！禢ature》和《Science》期刊相繼發(fā)表評論性文章，呼吁科學家們放緩對CRISPR/Cas9的試驗，學術界應該規(guī)范多項防范策略。
CRISPR/Cas9是科學家探索未知的工具，是企業(yè)家創(chuàng)業(yè)研發(fā)的根本。圍繞它的專利爭奪、科研進展、倫理思考、安全顧慮，都在提示我們要負責、謹慎地加以運用，只有這樣才能實現(xiàn)它的預期價值。
來源：中國科學報
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