2020年自然科学类诺奖得主已在昨日悉数揭晓,在学界感慨几家欢乐几家愁的同时,还有一群被遗忘的“无名英雄”。这篇2016年发表的Nature新闻特写,描绘了斩获本届诺贝尔化学奖的CRISPR基因编辑技术光环背后的人们——那些博士后和研究生,也应该被铭记。
当Blake Wiedenheft开始微生物学研究时,他的工作相当冷门、前途未卜。
他博士期间的主要工作是在黄石国家公园的温泉中采样,然后在实验室中再现这一生态系统,以此来研究这些在恶劣水环境中生存的微生物。一段时间之后,Wiedenheft的兴趣转向了微生物的病毒防御机制。他阅读了很多相关的研究,无意中看到了一个名为CRISPR的奇特细菌免疫机制。2007年,他联系了加利福尼亚大学的分子生物学家Jennifer Doundna,发现她也有相同的兴趣。
Doundna随后邀请Wiedenheft来到她的实验室工作。在接下来的5年时间里,他展开了针对CRISPR系统的结构生物学和生物化学研究,以第一作者发表了一篇Nature论文。
今天,对于全世界的分子生物学家来说,CRISPR都是一个耳熟能详的名字。研究者们急切地想要将这一系统扩展应用于生命王国中的各种基因组,用来插入或切除DNA序列。CRISPR被用于培育新品种的转基因作物,未来可能会用于治疗人类遗传性疾病。Doudna和其他最早投身相关工作的研究者都成为了科学明星:他们在主流报纸上露面、在纪录片中出镜,而且常有传言说他们会成为诺贝尔奖的有力竞争者。
然而,和其他用辛勤工作将CRISPR基因编辑技术变为现实的研究生和博士后一样,Wiedenheft没能像他的导师一样获得巨大声誉。他们当然也从这项工作中获益:他们收获了导师的支持、分享着导师的光环,同时也熟练掌握了一项热门技术。但在试图转换身份、以独立研究者的身份进入这一超级热门研究领域的过程中,他们中的一部分依然感到艰难。
对Wiedenheft来说,生存的关键在于急流勇退。离开Doudna的实验室之后,他放弃进入一家更大更知名的研究机构工作的机会,选择回到博士生期间的母校蒙大拿州立大学任职。但是和许多出身于超一流实验室的年轻科学家一样,他也时常会想,在生物医学领域,如果将荣誉归于第一作者,而非最后的作者,他的生活将会有何不同。
CRISPR-Cas9基因编辑技术的研发历史已经成为了一个充满激烈争议的话题,并引发了残酷和高风险的专利战争。研究者和研究机构都争先恐后、互不相让,一定要确保学术论文和新闻报道中都提及自己的贡献。今年1月,哈佛-麻省理工博德研究所所长Eric Lander往这一争论雷区扔下了一篇名为《CRISPR的英雄们》的历史性侧写报道,立即引爆了争议。
有人说文章边缘化了某些研究者的贡献,而另一些人表示,博德研究所正置身于一场关于谁是CRISPR-Cas9基因编辑技术发明者的专利纠纷之中,而这篇文章中却没有相应的利益冲突声明。
尽管导师们强烈呼吁关注年轻的科研人员,他们依然没有得到太多的关注。Church实验室的年轻人对他给予的坚定支持,以及他提供的独一无二的学术环境大力赞美。而Doudna也是她所培养的年轻研究者们的坚实领袖。所幸,在学术论文中,每一位作者的具体贡献通常都会得到记录。但是这些细节常常被忽视,只是因为在当前的环境下,科学声誉以及随之而来的奖项通常都归属于实验室的领导者。
研究生毕业于Doudna实验室,如今担任加州伯克利Caribou Biosciences公司董事长的Rachel Haurwitz表示,有时候人们会注意到第一作者的名字,但这并没有意义。Jinek是一篇开创性文章的共同作者,这篇文章发现,仅仅在一条短链RNA的引导之下,Cas9酶就可以靶向作用于特定的DNA序列。那之后他发现,CRISPR定义了他的人生。
踏入求职市场的时候,由于专利还没有完成审批,他甚至不能在面试中提起相关的工作。即便如此,他还是得到了瑞士苏黎世大学提供的诱人工作,他开始在那里建立自己的实验室,致力于研究CRISPR的基础生物学问题,而较少涉及应用。
对于许多处于事业早期的科学工作者来说,在一个如此热门的领域从事研究工作有着明显的优势。博士后期间,Prashant Mali促成了CRISPR相关研究在Church实验室的开展。
他是该实验室2013年发表的一篇论文的共同第一作者,这篇文章显示CRISPR-Cas9可以应用于人工诱导多能干细胞的基因编辑。这项发现将针对CRISPR的热情推向高点。同年晚些时候,Mali就踏着这道热情的巨浪进入了求职市场。最终就职于加利福尼亚大学之后,Mali继续从事干细胞发育和CRISPR相关技术的研究。
CRISPR也为杨璐菡开启了新的大门,她是Church实验室2013年那篇Science文章的另一名第一作者。在文章发表后不久,就有几名从事器官移植的研究者与实验室取得了联系。他们想知道这种基因编辑技术能否应用于猪的器官改造,以减少猪器官在人体内引发的免疫反应。
猪的基因组中含有逆转录病毒DNA,考虑到这些逆转录病毒可能会在人类宿主体内重新激活,许多研究者都在二十世纪九十年代后期退出了猪器官人体移植的研究领域。杨璐菡认为,由于这些逆转录病毒基因序列十分类似,通过单次CRISPR-Cas9实验有可能同时敲除其中的多个拷贝。她和另外3名共同第一作者以一次实验同时敲除62段目标序列的成绩保持着单次CRISPR-Cas9实验敲除最多目标序列的世界纪录。
为了和Church共同创立名为eGenesis的公司来推进相关工作,杨璐菡正在筹集资金。
从Church的实验室出发跨过查尔斯河,博德研究所的生物工程学家张锋和他的研究生丛乐一起夜以继日地辛勤工作着,他们的目标是在哺乳动物细胞中发展CRISPR基因编辑技术。丛乐刚刚加入张锋实验室的时候,张锋还是一个刚刚开始建立自己实验室的年轻研究者。
丛乐还记得他打开了装有实验室第一台离心机的箱子,然后和张锋一同坐在电脑前搜索“DNA结合蛋白”,寻找基因组编辑的新方法。这两个人就组成了一个紧密而高效的研究团队。进入CRISPR研究工作后,丛乐开始了对酶的种类和反应条件的漫长筛选,试图从中找到能够应用于人体细胞的工作体系。
然而,在这个圈子之外,各种赞誉依然只由高级学者享有。
“我们需要找到扩大荣誉范围的方法,”Lander说,“认为一项科学研究只涉及一个、两个或者三个研究者的想法只适用于19世纪。”除了本文中提到的这些人,还有很多CRISPR的幕后英雄。一个经常被遗漏的研究组是立陶宛维尔纽斯大学的Virginijus Siksnys团队。2007年,Giedrius Gasiunas在这里开始了他的博士生涯。
他花费了多年的时间,专注于CRISPR-Cas9生化性质的研究,最终和Jinek一样,得出了Cas9酶可以定点切割DNA的结论。2012年,这个实验室向Cell投出了一篇文章,结果没有进入专家评审阶段就被拒稿了。Gasiunas随后将文章转投PNAS,在数月的漫长等待之后,这篇文章依旧处于评审阶段,而此时,Jinek的文章发表于Science。这两篇文章内容差别很大,但指向相似的结论。
Gasiunas的文章被抢发了。