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80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

本文作者:知社学术圈 2015-10-04 10:41
导语:他是张锋、华人生物学界最耀眼的新星,诺贝尔奖的大热门。他的故事,你了解多少?

【编者按】作者齐岱,微信公号“知社学术圈”,是由海归学者发起的公益学术交流平台,旨在分享学术信息,整合学术资源,加强学术交流,促进学术进步。雷锋网(公众号:雷锋网)已获得长期授权,未经许可禁止转载。

他在中国度过童年时光,高中时便荣获 Intel 大奖。刚80后的华人学霸:明天他会得诺贝尔奖吗?过而立之年的他,以光遗传学博士论文、TALEN技术编辑基因组博后研究,以及独立后的CRISPR/Cas9 三项里程碑式的工作载入史册。

他是张锋、华人生物学界最耀眼的新星,风投竞相追逐的对象,诺贝尔奖的大热门。明天凌晨,他会收到来自斯德哥尔摩的电话吗?

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

先看看他简单的履历吧:

  • 1983年出生中国石家庄

  • 2004年毕业于哈佛大学化学物理专业

  • 2009年取得斯坦福大学化学与生物工程博士

  • 2011年加入麻省理工学院

  • 2013年发现CRISPR/Cas系统可用来编辑DNA,使基因疗法成为可能。获得美国瓦利基金青年研究家奖(Vallee Foundation YoungInvestigator Award),奖金 25 万美元。


  • 2014年被《Nature》杂志评为2013年年度十大科学人物之一;获得National Science Foundation (NSF)最高荣誉Alan T. Waterman Award,Jacob Heskel Gabbay Award in Biotechnology and Medicine,和Society for Neuroscience Young Investigator Award;获得美国首个CRISPR专利;设立Editas Medicine公司,该旨在利用 CRISPR 基因编辑技术开发出直接更改致病基因的疗法,获得4300万美元风投。


  • 2015年获Tsuneko & Reiji Okazaki Award;会同时收获一枚诺贝尔奖章吗?

再看看他的研究生涯

中学时代的缘起

张锋1983年出生于中国河北石家庄,93年随父母移民美国爱荷华州Des Moines。1994年,他12岁的时候,在一堂礼拜六的分子生物学课上观看了电影《侏罗纪公园》。老师观察到他对恐龙及生物工程表现出超乎寻常的兴奋和兴趣。不久以后,这位老师帮张锋在当地的the Human Gene Therapy Research Institute实验室找到了一份志愿者的工作。从此以后,张锋每天放学以后都会到实验室来参与一些分子生物学的工作。

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

(张锋16岁时获得Intel Science Talent Search 奖第三名照片)

当时,他的实验室导师经常提出的一些“疯狂的点子”,例如绿色荧光蛋白(GFP)能够吸收紫外线,因此可以用作防晒霜。

而当张锋将GFP厚厚地涂在一层DNA之上时,他发现GFP真的能够防止DNA受到紫外线的损伤。这段经历加深了他在生物学方面的兴趣,而中学时代参与的一些科研项目也帮他赢得了很多科学活动的大奖,特别是在2000年的 Intel Science Talent Search,张锋获得第三名。要知道这项享有盛誉的科学大赛起源于1942年,已经有8名获奖者后来荣获诺贝尔奖,其中就包括钱学森的堂侄,加州大学圣地亚哥分校的钱永健教授(见图),在1968年15岁时获得Intel Science Talent Search奖。

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

(钱永健教授获得Intel Science Talent Search奖以及后来获得诺贝尔奖的照片)

博士期间牛刀小试

高中以后张锋顺利考取了哈佛化学及物理专业。他后来解释为什么选择这个专业而不是他已经有所成就的分子生物学。虽然分子生物学每天都有令人振奋的新进展,物理和化学的基本原理却是比较稳定的,他想要打好基础,让自己在今后的学术道路具有坚固的基石。在哈佛大学的本科学习期间,他受到庄晓薇的赏识,进入了她的实验室。

2004 年,张锋来到斯坦福大学申请就读研究生。他原本想要拜访诺奖得主朱棣文(StevenChu),却阴差阳错地碰到了刚刚拥有自己实验室的 Karl Deisseroth。经过短暂沟通之后,Zhang 对 Deisseroth 的课题非常感兴趣,Deisseroth 也对张锋在化学和物理方面的坚实基础留下了深刻印象,他尽力说服张锋加入在自己新建的实验室。他们的合作促成了一个全新的领域,也就是大名鼎鼎的光遗传技术(optogenetics),利用光学刺激和来自水藻的光敏感蛋白精密控制大脑神经元活动。这为最终理解大脑如何工作,如何产生意识和情感,又如何在神经退行性疾病中发生故障提供了阿拉丁神灯一般的强有力工具,也使得他们在脑科学(brain science)的发展史上深深地刻下了自己的名字,并因此荣获了2012Perl-UNC Neuroscience Prize 和 2014 Alan T. Waterman Award 。

独立的巅峰之作

博士毕业后,张锋离开了Deisseroth 的实验室,回到了麻省,作为研究员入职麻省理工学院(MIT)。此后,他先后进入了McGovern Institute for Brain Research 和Broad Institute of MIT and Harvard 这两所顶级研究机构,并建立了自己的实验室。在履新大约一个月的时间后,张锋偶然听到一位传染病生物学家谈论细菌中天然免疫系统的组件-CRISPR/Cas。张锋敏锐地感觉到它的非凡潜力,于是在维基百科(Wikipedia)和其他所有他能找到的资料上学习它。

在当时的2011年,已有少数的研究团队开始利用CRISPR/Cas来靶向基因组的一些精确区域,但却没有人想到或者把它用作调整人类基因组的工具。而张锋在短时间内吸收了前人的研究成果,改进了CRISPR/Cas,证实它能够在人类细胞中起到基因剪裁的作用。自从张锋捅破这层窗户纸以后,迎来了基因组编辑领域许多的进展和应用。

由于在CRISPR/Cas用于基因编辑方面的突破性成就,张锋在2013年以后赢得了巨大的声誉与关注。而CRISPR/Cas作为最可能广泛实用的基因编辑工具,有着数百亿美元的商业前景,几个CRISPR/Cas研究的开拓者都着手商业化准备。张锋创立了Editas Medicine公司,Emmanuelle Charpentier在欧洲创立了CRISPR Therapeutics,Jennifer Doudna之前与张锋共同创立了Editas Medicine,离开Editas Medicine后她现在创立了一家小公司Caribou Biosciences。而张锋在2014年4月抢先获得CRISPR相关的首个专利。

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

(CRISPR-Cas9技术的专利申请表)

潜力、争议及期待

CRISPR/Cas是一种在大多数细菌和古细菌中存在的天然免疫系统,利用了插入到基因组中的病毒DNA(CRISPR)作为引导序列,通过CRISPR相关酶(Cas)来切割入侵病毒基因组物质。2012年,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier领导的研究小组在Science发表了一篇关键文章。文章中揭示了天然免疫系统是如何变成编辑工具的。至少,它可以在试管中切断任何的DNA链。

然而这种充满魔法的工具是否能运用到人类细胞的基因组上,最终达到剪裁编辑人类基因的效果呢。张锋在2013年1月抢先发现了这种可能和所需的方法。Jennifer Doudna在几周后,也发表了她自己的独立结果。

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

到这个时候,科学界普遍承认,CRISPR可能是自20世纪70年代生物技术时代开启以来发现的最重要的基因工程技术。CRISPR系统具有搜索和替换DNA的双重功能,可以让科学们通过替换碱基,轻松的改变DNA的功能。在接下来的时间里,科学家们已经证实,利用CRISPR可以治疗小鼠的肌肉萎缩、罕见肝脏疾病,甚至使人类细胞具有免疫HIV等惊人的功能。

2014年4月15日,美国专利局将CRISPR-Cas9技术的专利颁发给张锋所在的Broad研究所,而张锋博士就是该专利的发明者。专利权限包括在真核细胞或者任何细胞有细胞核的物种中使用CRISPR。这就意味着,他们拥有在除细菌外的任何生物中使用CRISPR的权益,包括老鼠、猪、牛和人。这使得他和他的研究所几乎可以控制所有与CRISPR相关的重要商业应用。

2014年11月在美国硅谷,Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier获得了奖金为300万美元的The Breakthrough Prizes of Life Sciences,两位学界高颜值女神身穿华丽黑色礼服,在好莱坞明星的簇拥下接过了The Breakthrough Prizes奖杯和奖金。她们在CRISPR-Cas9开拓性的工作获得了极大的认可。而张锋作为另一位在这个领域开拓性的人物却并没有被列为共同发明人共享这一奖项。

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

而刚刚在2015年9月24日揭晓的路透社引文桂冠奖也将CRISPR基因编辑技术作为今年的诺贝尔化学奖的大热门,但是这项技术的发明人却只列了Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier,张锋又一次落在了世人的视线外。难道张锋在CRISPR上的成就最终将错过诺贝尔奖的认可吗?

路透社引文桂冠奖对Charpentier和Doudna以及她们工作成就的介绍

80后的华人学霸,明天他会得到诺贝尔奖吗?

那么,到底谁才最应该拥有CRISPR基因编辑发明人和荣誉和利益呢?

学界普遍认为是Charpentier和Doudna推动了CRISPR编辑的发展,张锋则是通过证实它能够在真核细胞中起作用揭示了它的巨大潜力,来自哈佛医学院的George Church则独立证实了张锋的这一研究发现。

张锋声称,他开拓了这一领域的研究风潮:在这一技术得到广泛报道之前他一直在开展研究,并且由于他的实验室过去曾经微调ZFNs和TALENs来编辑DNA,拥有了一些适当完善CRISPRs的经验,使得他们在CRISPRs的基因编辑研究上抢占了先机。

虽然张锋获得了关于CRISPRs的第一个专利,但实际上加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna以及当前任职于德国Helmholtz感染研究中心的Emmanuelle Charpentier提交专利申请的时间要比张锋早了七个月。张锋被首先授予专利最有可能的原因就是,他申请了快通道专利(fast-trackpatent),在他递交申请短短6个月后授予了他知识产权(IP)。

为了证明自己是第一个发明者,即第一个在人体细胞中使用CRISPR-Cas的人,张锋提供了他的实验室笔记本的快照,以此证明他在2012年年初就创建并运行了CRISPR-Cas系统。这早于Jennifer Doudna 和Emmanuelle Charpentier提交她们自己的专利申请的时间,甚至也早于她们在Science上发布自己的研究成果的时间。而且根据张锋表示,Jennifer Doudna在她早期专利申请中的预测CRISPR将会对人类细胞有用只是一种泛泛的猜想,相反地,他是第一个证明CRISPR惊人作用的人。

我们相信CRISPR/Cas9 最终会得诺贝尔奖,即使不是明天。张锋是否会得到应有的承认呢,让我们拭目以待。

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