全球基因編輯技術排名（基因編輯CRISPR技術共同發明人叢樂）

2023-10-12 07:43:32

北京時間2020年10月7日，瑞典皇家科學院決定將2020年諾貝爾化學獎授予德國馬克斯·普朗克病原學研究所的馬紐爾·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）博士以及美國加州大學伯克利分校的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）博士。

兩名女性科學家因共同發現了CRISPR Cas9基因編輯技術而名聲鶴立，為人們在人體和其他動物細胞上實現基因編輯奠定了重要基礎。

一時間，基因編輯這項專業技術成為大眾關注的焦點，而同樣發明了基因編輯CRISPR技術的華裔科學家張鋒卻與諾貝爾獎失之交臂，科學界在為之感到遺憾和惋惜的同時，也熱議其為什麼沒有得到諾獎。10月9日，MIT/Broad Institute張鋒實驗室的第一個博士生、現任史丹福大學醫學院助理教授叢樂向21新健康記者表示，諾貝爾獎對於基因編輯技術的認可，揭示了這一技術的影響力和重要性，他祝賀上述兩位科學家獲獎，但對於張鋒未能分享諾獎感到遺憾。

據了解，張鋒實驗室從2011年開始進行人體細胞的CRISPR基因編輯研究，從概念提出到技術設計、反覆試錯、最終實現人類細胞基因編輯，都早於且不依賴於2012年諾貝爾獎得主論文的發表。

「和很多領域中的成果一樣，有時會有不同研究組、不同科學家在不同地點、相近的時間，獨立發現/開發出類似或者相關結果。在諾貝爾獎歷史上，因為人數限制等原因，有大量的傑出科學家與之失之交臂，其中有不止一位華人科學家。」

叢樂指出，國內國外有很多華人科學家，不論是研究水平，還是對產業發展的推動，包括所獲產業投資機構的支持，都在最頂尖之列，所以他很期待繼續看到華人在這個領域的貢獻。

01

為什麼張鋒沒獲獎？

10月8日，叢樂在知乎上發表文章認為，兩位女性科學家的得獎實至名歸，但同時，他對張鋒未能分享諾獎也非常遺憾。

叢樂指出，和很多領域中的成果一樣，有時會有不同研究組、不同科學家在不同地點、相近的時間，獨立發現/開發出類似或相關結果。但由於人數限制等原因，會有大量的傑出科學家與諾貝爾獎失之交臂。事實上在CRISPR生物學領域，歐洲的Virginijus Šikšnys、Rodolphe Barrangou、Philippe Horvath等先驅者均作出了突出貢獻。

叢樂本科在清華生物系/電子系師從於饒子和院士，後到哈佛醫學院攻讀博士，是MIT/Broad Institute張鋒實驗室的第一個學生，畢業後在麻省理工學院Aviv Regev教授指導下完成博士後，現為史丹福大學醫學院助理教授。

據了解，2009年，叢樂剛到基因領域大牛、二代測序發明人之一的George Church實驗室做研究生的時候，張鋒剛好在該實驗室做juniorfellow（屬於有獨立PI資質的職位）。就此過程中，叢樂發現了基因組學中更為前沿的基因編輯技術。

叢樂從2011年開始在張鋒實驗室做CRISPR研究，並首次實現了人類細胞中的CRISPR基因編輯（論文最終發表於2013年），也是一部分相關基因編輯專利申請中的共同發明人（CRISPR一系列專利存在爭議，法律範疇無法評論）。

叢樂剛開始接觸基因編輯這個領域時，很多早期文章並沒有發表在頂級雜誌，他們經常遇到找文獻原文都很困難的情況，但這些都是極重要的起點研究。日本、西班牙、匈牙利、奧地利、美國等早期研究組從1993年到2011年的一系列研究發現，幫助他們理解了CRISPR是什麼、在細菌中如何工作等。

叢樂介紹說，因為多年科學積累，這些開創性的CRISPR生物學研究讓他們早在2011年之前，就已知道了Cas9為代表的CRISPR蛋白是DNA切割酶。比如2007年時，科學家已經發現CRISPR可以切斷噬菌體DNA保護細菌，從而防止酸奶變質。

「但這些早期工作和後來的基因編輯研究的一個本質區別是，它們並不著眼於將CRISPR用於基因編輯，所以這些生物學理解更多是為CRISPR基因編輯技術打下了理論基礎，類似我們對於幹細胞的生物學理解，為誘導幹細胞iPSC這一技術打下了基礎。誘導幹細胞使用了著名的四個基因Oct4, Sox2, Klf4, cMyc（OSKM），雖然對於這四個基因的生物學研究極為重要，但是iPSC技術的關鍵一步是實現誘導幹細胞技術的科學家完成的。」叢樂指出。

2009年，叢樂在George Church實驗室和張鋒、Sriram Kosuri、Paula Arlotta幾位科學家共同工作時第一次接觸到基因編輯。最開始，他們主要研究ZFN/TALE基因編輯技術，這是早於CRSPR的前一代基因編輯技術。2011年，他們首次在哺乳動物/人類細胞實現了TALE基因調控編輯（論文2011年發表在Nature Biotechnology），而同期Miller等人的論文也開發了類似的TALEN技術。基因編輯領域的很多工作都是多個研究組獨立進行的。

2011年初，張鋒設想可以用CRISPR來代替TALE進行基因編輯，經過長期努力和試錯，團隊合作實現了這一預想。

叢樂稱，儘管CRISPR概念潛力巨大，在2012年之前，科學家僅在原核細胞或體外試管實驗中成功檢測到了CRISPR的編輯活性（包含本次諾貝爾獎得主們2012年的重要論文），但他們最感興趣的是哺乳動物和人類細胞的基因編輯。

人類細胞的結構和環境複雜度遠高於細菌細胞，所以在生物學歷史上，大量技術雖然適用於細菌或體外，卻未能在人類細胞中實現。本屆諾貝爾獎獲得者杜德納也曾在其他場合提到其2012發表的關鍵論文時，表示「從動物到人類的技術演進上存在巨大瓶頸（techniques for making these modifications in animals and humans have been a huge bottleneck）」，她們團隊當時在這個方向的嘗試遇到了 「大量挫折」。

而在張鋒實驗室，團隊從2011年開始開發能在人體細胞進行基因編輯的CRISPR系統，2012年提交論文，最終於2013年在Science發表。事實上，張鋒實驗室在2011年2月就有了真核細胞CRISPR基因編輯技術的概念設計（有公開存檔證明）。

所以，這部分工作從概念提出到技術設計、再到反覆試錯、最終實現人類細胞基因編輯，都早於且不依賴於2012年諾貝爾獎得主論文的發表。

由於真核細胞中CRISPR基因編輯的複雜性、不可控性和工作的原創性，這篇2013年發表的論文收穫了大量關注和祝賀，也為之後一系列推動CRISPR基因編輯前進的研究鋪下了堅實基礎。張鋒團隊基於這一工作開發的基因編輯工具盒被大量實驗室和公司廣泛用於研究和基因治療中。截至目前，該突破性論文也是CRISPR基因編輯領域引用最高的文章。

因此，張鋒本是被學界很多同仁期待為最可能的諾貝爾獎得主之一。

02

挑戰與機遇並存

10月7日，首都醫科大學校長饒毅在其公眾號「饒議科學」中表達了以下觀點：

獨到的原創 比 緊密的競爭 更優雅

發現和發明 較 發表和展示 更重要

實際上，早在2015年諾貝爾生理學或醫學獎公布前夕（當年屠呦呦因青蒿素獲獎），就有媒體在猜測張鋒能否獲諾貝爾獎 。

彼時饒毅看到微信朋友圈有人轉發《80後華人學霸：明天會得諾貝爾獎嗎？》， 即認為張鋒迄今的工作恐怕並未達到獲得諾獎的程度，希望華人得獎是良好的意願，但不應該忽略客觀公正。

但饒毅也強調，張鋒年輕有為，聰明勤奮，因為以後的傑出研究工作而獲得諾獎等各種榮譽並非不可能。

在叢樂看來，諾貝爾獎對於基因編輯技術的認可，也是揭示了這一技術的影響力和重要性。

事實上，基因編輯為人類疾病治癒、動植物研究等帶來了巨大的影響。有報導稱，2015年6月，英國倫敦一名1歲大的女嬰因罹患白血病，進入了生命倒計時。在傳統療法全面失效的情況下，醫生嘗試將基因編輯過的血液細胞注入她體內，沒想到竟然成功消滅了癌魔，創造了世界首例嬰兒白血病的治療奇蹟。

對於未來基因編輯的應用問題，叢樂向21新健康記者表示，與大部分新技術的成長一樣，基因編輯雖然前景廣闊，但在待解決的技術和應用層面上依然有諸多挑戰。

「從科學技術發展的角度來看，基因編輯還處在走向成熟的初期，所以也會開始有過熱、欲速而不達的潛在問題，比如人類胎兒基因編輯，在長期安全性、編輯準確度、人類社會倫理等問題解決前，過快應用會可能產生反向作用，類似當年基因治療極速發展而導致病人意外死亡一樣。所以我很贊同國家對於這一新興技術的穩健、有序處理。」叢樂分析說。

另外，叢樂向21新健康記者指出，基因編輯既是挑戰，也是機遇。比如對於農業、環境等基因編輯技術的科研支持，包括罕見病、嚴重疾病的基因編輯治療探索，中國科學家和一些初創企業已走在世界前列。據了解，中國一批基因編輯公司正在迅速成長中，如克睿基因、博雅輯因等。

「國內國外有很多華人科學家，不論是研究水平，還是對產業發展的推動，包括所獲產業投資機構的支持，都在最頂尖之列，所以我很期待繼續看到華人在這個領域的貢獻，作為青年科研工作者的一員，希望大家繼續關注和支持。」叢樂表示。

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