張鋒 打造基因界“夏洛克”

王艷

這一成果有望給基礎(chǔ)研究、傳染病診斷治療等帶來(lái)革命性影響

美國(guó)時(shí)間4月13日，華人科學(xué)家張鋒及其broad研究所同事James collins以共同通訊作者的身份在《Science》發(fā)表論文，聲稱CRISPR除了“基因魔剪”身份外，還是一種高效、簡(jiǎn)便、低廉的分子診斷工具。這一成果有望給基礎(chǔ)研究、傳染病診斷治療等帶來(lái)革命性影響。

當(dāng)天，張鋒作為聯(lián)合創(chuàng)始人的美國(guó)生物醫(yī)藥公司股價(jià)上漲了4.33%。早在兩個(gè)月前，美國(guó)生物醫(yī)藥公司的股票已經(jīng)大漲一次。那次大漲，源于一場(chǎng)至今仍是生物醫(yī)藥界熱門(mén)談資的專利之戰(zhàn)。那場(chǎng)專利戰(zhàn)中，在中國(guó)度過(guò)童年時(shí)光、高中時(shí)便榮獲Intel大獎(jiǎng)、剛過(guò)而立之年不久的張鋒，帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)獲得CRISPR技術(shù)核心專利，并將以發(fā)現(xiàn)CRISPR-Cas9的里程碑式成果載入生物學(xué)史冊(cè)，也因此成為諾貝爾獎(jiǎng)的大熱門(mén)。

五年前，一種名為“CRISPR-Cas9”的DNA編輯技術(shù)橫空出世，催生了無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)和上千篇論文的發(fā)表。技術(shù)成熟后，這種被《連線》雜志稱為“創(chuàng)世紀(jì)引擎”的基因組編輯技術(shù)在專利申請(qǐng)以及商業(yè)化道路上引發(fā)爭(zhēng)議無(wú)數(shù)。

2012年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Jennifer Doudna團(tuán)隊(duì)及瑞典于默奧大學(xué)的研究者Emmanuelle Charpentier首次闡明通過(guò)細(xì)菌提供Cas9酶在體外定向切割DNA的靶位點(diǎn)，并于當(dāng)年5月提交了專利申請(qǐng)。

2013年，張鋒所在的Broad團(tuán)隊(duì)也在《Science》發(fā)表了相關(guān)論文，且于2012年12月向USPTO提交了CRISPR可以用于人類細(xì)胞的專利申請(qǐng)，并通過(guò)支付一筆費(fèi)用而獲得了美國(guó)FDA的快速審核通道，比Jennifer Doudna團(tuán)隊(duì)率先獲得CRISPR專利。

2015年4月，對(duì)此后來(lái)居上不滿的Jennifer Doudna團(tuán)隊(duì)向USPTO提出了針對(duì)CRISPR專利歸屬的干預(yù)程序。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)場(chǎng)唇槍舌劍和各式材料的提交，2017年2月16日，美國(guó)專利審判與上訴委員會(huì)作出裁決，判定張鋒與Broad研究所繼續(xù)保留CRISPR專利權(quán)。

當(dāng)天，持有CRISPR專利獨(dú)家許可的美國(guó)生物醫(yī)藥公司股票在交易收盤(pán)時(shí)上漲了29%。

而這次，張鋒提出的新系統(tǒng)與CRISPR-Cas9有本質(zhì)上的區(qū)別，它使用的酶是Cas13a。早先的Cas9靶向切割的是DNA，而Cas13a靶向的則是RNA；而且Cas9在切割完特定片段后就會(huì)失活，但Cas13a則在切割目標(biāo)RNA后，還會(huì)繼續(xù)去切割遇到的其他RNA。

早在2016年6月，張鋒就在《Science》雜志上介紹了這個(gè)“奇怪而瘋狂”的酶，但當(dāng)時(shí)，正如Jennifer Doudna教授提出的質(zhì)疑一樣，“如果想要讓Cas13a順利地與特定RNA結(jié)合，樣本中至少需要數(shù)百萬(wàn)RNA分子，因此，使用Cas13a其實(shí)達(dá)不到許多基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用所需要的靈敏度。”

后來(lái)，張鋒在James Collins教授的幫助下，放棄常規(guī)的PCR復(fù)制DNA手段，改用RPA，大大加快了擴(kuò)增的速度，再加上不需要溫控設(shè)備，打造出真正便攜式的快速DNA擴(kuò)增技術(shù)，將這套系統(tǒng)的靈敏度增加到阿摩爾級(jí)（aM，10的負(fù)18次方摩爾每升）。如此，Cas13a進(jìn)化成了一個(gè)新系統(tǒng)。

它具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：能制作成檢測(cè)試紙，方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存，將成本降到61美分；檢測(cè)速度大大加快，通常一個(gè)小時(shí)即能完成；能準(zhǔn)確鑒別出僅相差一個(gè)堿基的兩種遺傳序列。

當(dāng)然，想象力還不止于此，科學(xué)家們列舉了可以運(yùn)用SHERLOCK的一些任務(wù)：在幾小時(shí)內(nèi)檢測(cè)出患者血液或尿樣中寨卡病毒的性狀；區(qū)分出非洲和美國(guó)寨卡病毒不同的遺傳序列；辨識(shí)出特定類型的細(xì)菌，如大腸桿菌；檢測(cè)出耐藥基因；模擬脫細(xì)胞DNA片段中的癌癥突變；從唾液樣本中快速讀取人類的遺傳信息以判斷是否有患上心臟病之類疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

SHERLOCK應(yīng)用范圍廣泛，如何商業(yè)化是研究人員普遍關(guān)心的問(wèn)題，Collins教授說(shuō)，他們目前正在積極的探索中，很可能會(huì)成立一家公司來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。而SHERLOCK什么時(shí)候能夠正式進(jìn)入市場(chǎng)，還需要技術(shù)的繼續(xù)完善和FDA等機(jī)構(gòu)的監(jiān)督和認(rèn)可。