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基因编辑热门领域的背后:多少隐退、硝烟与谦卑

科技资讯  2018年3月9日 10:28  来源:新浪科技
摘要:读博期间,他在黄石公园采集温泉样本,然后在实验室里仿造,研究那些生活在不宜居的水中的微生物。他说:“我们想弄清楚生命如何能够存活于沸腾的酸性水中。”

  文章来源:Nature自然科研微信公众号

  原文以The unsung heroes of CRISPR为标题

  发布在2016年7月20日的《自然》新闻专题上

  原文作者:Heidi Ledford

  基因编辑技术的走红使开拓这个领域的PI名声大噪,但是他们手下的研究生和博士后却往往被忽略。

  当Blake Wiedenheft开始研究微生物时,他所做的工作既不相干又不明确。

  读博期间,他在黄石公园采集温泉样本,然后在实验室里仿造,研究那些生活在不宜居的水中的微生物。他说:“我们想弄清楚生命如何能够存活于沸腾的酸性水中。”

  一段时间后,Wiedenheft逐渐对微生物如何抵抗病毒产生了浓厚的兴趣。他在阅读了大量文献后发现了一种独特的细菌免疫系统,它便是CRISPR。2007年,他主动联系了加州大学伯克利分校的分子生物学家Jennifer Doudna,发现她也对该系统着迷。来我的实验室吧,她说——他接受了邀请。在之后的5年里,他潜心研究CRISPR系统的结构和生物化学机制,并以第一作者的身份在《自然》发表论文。

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  今日,全世界的分子生物学家都知道CRISPR。研究人员热衷于采用这个系统插入或删除DNA序列。CRISPR被用于创造新的转基因作物品种,或许某一天能治疗人类遗传疾病。Doudna和其他参与了这项开创性研究的PI成了科学名人:他们接受主流报刊的采访,参与纪录片的拍摄,还被传可能获诺贝尔奖。“在我来实验室的时候,我是唯一研究CRISPR的人。当我离开实验室的时候,几乎人人都在研究它。”Wiedenheft说。

  然而,Wiedenheft所获得的名望远远不及他的导师——其他为CRISPR基因组编辑技术的成功做出巨大贡献的学生和博士后也一样。但毫无疑问的是,他们从工作中获益匪浅:沾了导师不少的光,也学到了CRISPR技术的专业知识。但是一部分人也面临难以转型为一名独立科学家的困境,因为他们必须在一个竞争十分激烈的领域出人头地。

  对Wiedenheft来说,生存的关键是隐退。离开Doudna的实验室后,他选择回到母校蒙大拿州立大学,而拒绝了一家更大、更有名气的机构的邀请。他说:“一天下来,独处一会儿,去户外走走可以让我成为一名更有创造性、更优秀的科学家。”但是和其他从知名实验室毕业的年轻科学家一样,他免不了会想象如果把生物医学的荣誉授予论文第一作者而非通讯作者,他的生活会是怎样的。他承认偶尔会觉得自己没有得到应得的认可,“有时很在意,有时也无所谓。”

  被编辑的历史

  回顾CRISPR-Cas9基因编辑技术的历史,它充满争议,专利之争愈演愈烈。研究人员和机构都在拼命争取他们在研究中应得的“名分”,无论是在学术论文中还是在新闻报道里。Wiedenheft说:“许多律师打电话给我,问我做了什么工作,在什么时候做的。”

  2016年1月,博德研究所主席Eric Lander发表了一篇题为“CRISPR的英雄”的文章,结果一石激起千层浪。有人说文章边缘化了某些研究人员的贡献,并且对文章缺少利益冲突声明提出质疑,因为博德研究所本身深陷CRISPR-Cas9基因编辑专利之争——究竟是谁发明了CRISPR-Cas9基因编辑技术。

  哈佛医学院的遗传学家George Church也是该领域的一名先驱人物,看到许多关键发现被归功于他而非他的博士后和研究生,他深感不安和痛苦。Church说:“Eric提我名字的次数太多了。”

  Lander说他没有想在“英雄”那篇文章中故意怠慢谁。他知道关键论文的共同作者有几十位,“我不知道该如何在一篇仅9页长的文章中讲清楚所有人的故事”。他还说,那篇文章其实扩大了聚光灯的范围:此前的讨论基本上只限于该领域的3名主要贡献者,而他的文章却重点讲述了17名研究者的故事,同时还承认了许多其他人的贡献。

  虽然功成名就的导师们常常为他们的初级研究者表功,但是后者仍旧经常被忽视。在Church的实验室,初级研究人员对他所给予的坚定支持和他在实验室里培养的学术氛围赞不绝口。Doudna对她指导过的科学家也表示强烈支持。她说:“让初级研究者获得他们应得的荣誉是一件很重要的事。他们切实推动了科学事业的发展。”学术论文往往会列出每位作者对研究的具体贡献。

  但是这些细节常常被忽视,因为一般来说,鲜花、掌声和奖项都属于实验室的领导。“制度就是这样的,我接受自己在这个制度里扮演的角色。”Doudna实验室的另一位研究者Martin Jinek说,“但是的确,你会不由自主地去想这些事。”

  Rachel Haurwitz说有时候人们或许会注意到第一作者,但并没有当回事。她曾经也是Doudna的一名研究生,现在是Caribou Biosciences公司的董事长。“人们会说‘2012年Jinek的那篇论文’,但是大多数人并不知道Martin Jinek是谁。”她说。

  Jinek是一篇开创性论文的共同第一作者,该论文表明Cas9酶可以被编程用来靶向特定的DNA序列,而且只需要一小段RNA链。Jinek发现他的生活被CRISPR左右了。求职的时候,他甚至不能在面试中提到他的研究,因为没有申请专利。即便如此,他还是得到了苏黎世大学的职位。之后他在那里建立了一个实验室,专门研究CRISPR的基础生物学而不是它的应用。

  随着CRISPR-Cas9基因编辑技术越来越热门,他的日程安排变得满满当当:他现在每个月都要出差去做两三次讲座。虽然CRISPR热潮推动了他的职业发展,让他很受用,但是他同时也发现很难平衡实验室工作和其它职责。

  Haurwitz同样面临一些困难。她在博士期间研究基于CRISPR的微生物免疫系统和Cys4的结构(Cys4是一种与CRISPR相关的酶)。2011年,她和Doudna等人共同成立了Caribou,将基于CRISPR的研究工具商业化。Caribou成立初期困难重重,但是之后它与多个行业巨头建立了合作伙伴关系。2016年5月,公司宣布最新一轮融资达到3000万美元。然而,随着公司逐渐壮大,一些投资者希望用一位更有经验的人来替代Haurwitz的领导地位。但是Doudna提出反对意见。“没有理由替换她。她的表现一直很优秀。”Doudna说。

  乘风破浪

  对于许多处于职业发展初期的科学家来说,在这样一个热门领域工作明显是个优势。生物工程师Prashant Mali在博士后期间帮助启动了Church实验室的CRISPR项目。他是该实验室2013年一篇论文的共同第一作者,论文表明CRISPR-Cas9可以被用于编辑人类诱导多能干细胞的基因组。

  这一发现将CRISPR热潮推向更高一层——同年,Mali乘着这波浪潮进入职场。他说:“我的确得到了很多支持。”(然而,“CRISPR的英雄”一文并没有提到他——Church对此很不满。)Mali最终去了加州大学圣迭戈分校工作,继续研究干细胞发育,开发基于CRISPR的工具。他接受该领域的激烈竞争,将其视为必要的牺牲。他说他的实验室成立不过18个月,非常年轻,尚未出现被抢发的情况——但是竞争依然无法避免。“显然,会有许多好的想法发生重复。”

  CRISPR同样为杨璐菡打开了一道大门,她是Church实验室2013年在《科学》上发表的那篇论文的另一名第一作者。论文发表后不久,一些研究器官移植的研究者就联系了实验室。他们想知道基因组编辑是否可以被用于改造猪器官,以降低其在人体中激发免疫应答的可能性。Church说,杨璐菡立刻对这个想法产生了兴趣。

  猪基因组中含有逆转录病毒DNA,人们担心这些逆转录病毒可能在人类宿主中被重新激活,这使许多研究者在20世纪90年代末离开了这个领域。在杨璐菡看来,逆转录病毒序列高度相似,所以CRISPR-Cas9实验可能一次就敲除掉其中许多。现在,她和另外三位共同第一作者保持着单次CRISPR-Cas9实验敲除最多序列的世界纪录:62个。Yang正在筹集资金和Church一起创立eGenesis公司,来开展更深入的研究。“George一直给我树立领导力的机会。”她说。

  博得研究所与Church实验室隔河相对,在那里,研究生丛乐和他的导师、生物工程师张锋经常工作到深夜,开发可应用于哺乳动物细胞的CRISPR基因编辑技术。丛乐刚来的时候,张锋自己也仅仅是一个刚成立实验室的年轻研究者。丛乐仍记得打开实验室首个离心机的包装箱,记得他和张锋一起坐在电脑前搜索“DNA结合蛋白”来寻找编辑基因组的新方法。两人成了一个紧密协作的团队。

  当他们开始CRISPR项目时,成功的几率似乎不大。丛乐努力地筛选酶和反应条件,试图寻找可以用于人类细胞的基因编辑工具。

  他愿意冒这个险。此前,他和张锋率先在哺乳动物细胞中配备了另一种基因编辑技术——TALENs。他当时想,就算CRISPR项目失败了,TALENs的成功也足以保他毕业。但是幸好他不必去亲测这个假设:2013年,丛乐和他的研究生同学Fei Ann Ran共同作为第一作者在《科学》上发表论文,表明该系统在哺乳动物细胞中有效——这篇论文发表的时间与Mali和Church团队的那篇一样。

  那时,有人建议丛乐跳过博士后,直接接受教职。但是他担心这么做会限制他的发展:他将永远被人当做“那个做CRISPR的人”。“我并不喜欢那样,”他说,“我的目标不限于开发技术。”所以,丛乐选择从事另一项博士后研究;现在他正在寻找合适的教职,计划在他的实验室研究过敏和自体免疫疾病。

  现在,在CRISPR掀起的媒体热潮中,丛乐基本被排除在聚光灯之外,媒体焦点都放在张锋身上,但是从乐并没有对此感到愤懑。他说:“我觉得自己已经受到了认可。”因为张锋在科学界对他大加赞赏,并鼓励丛乐代表他演讲。

  就像这篇报道中的其他被采访者一样,丛乐自己也认为应对他人的工作成果予以认可。他不断提到其他实验室的研究,包括最早表征CRISPR系统的微生物学研究。Wiedenheft说这就是CRISPR研究人员们的特点。“虽然竞争激烈,却依然是友好的竞争。”

  然而在这些人之外,种种荣誉仍旧被堆砌在资深研究人员身上。“我们需要建立更合理的奖励机制。科学发现建立在一两个或两三个人身上的这种想法太落伍了。”Lander说。

  CRISPR背后的英雄远远不止这篇文章所提到的。Virginijus Siksnys领导的立陶宛维尔纽斯大学的一个研究组经常被忽略。2007年,Giedrius Gasiunas正是在这里开始了他的博士生涯。他潜心钻研了许多年,像Jinek一样研究CRISPR-Cas9的生物化学机制,最终得出结论:Cas9酶可被编程用于在特定位点剪切DNA。

  2012年,该实验室向《细胞》投稿,但是没有经过评审就被拒绝了。于是Gasiunas将论文投给《美国国家科学院院刊》,并一直耐心等待。几个月后,他的论文仍旧停留在评审阶段,而如今已成为传奇人物的Jinek已经将论文发表在《科学》上了。两篇论文在几个关键点上有差异,但是得出的结论相似。Gasiunas的论文被抢发了。

  Gasiunas目前是Siksnys实验室的一名博士后,看到其他科学家因为CRISPR基因编辑技术而揽获各种奖项时,Gasiunas有时候也会感到烦恼。但是这些经历并没有完全浇灭他对CRISPR的热情。后来他的论文又被抢发,但已不像第一次那么让他感到那么心痛了。他说:“这个领域有风险。但我认为如果你想要取得伟大的成就,就必须冒险。” ?