CRISPR英雄谱(全文)

作者: Eric Lander

来源: 赛先生

发布日期: 2016-03-31 07:42:48

本文介绍了CRISPR基因编辑技术从发现到应用的历程,讲述了科学家们如何逐步揭开CRISPR系统的分子机制,并将其转化为生物与生物医药研究的强大工具。文章还探讨了科学突破背后的科研环境和个人努力的重要性。

2016年1月14日,知名生物医学期刊《Cell》杂志发表了美国哈佛-MIT Broad研究所教授、著名遗传学家Eric Lander撰写的一篇关于CRISPR基因编辑技术发现史的综述文章,介绍了CRISPR技术发明背后的成果史。

然而,文章甫一发表立即激起巨大争议,人们一方面指责Lander教授所在的Broad研究所正处在相关的知识产权纠纷之争,存在利益冲突;一方面文章中的一些当事人(如CRISPR技术的开拓者和发明人之一Jennifer Doudna和她的合作者Charpentier,以及任职于Broad研究所,一直与张锋等人合作开展CRISPR研究的George Church等人)直指此文有事实错误,抹杀了自己的贡献。

本文即此综述文章的完整精译本。

三年之前,科学家们宣布,CRISPR技术能够对真核活细胞进行精准与有效的基因组编辑。自此,这项技术手段已然震撼了科学界,数以千计的实验室正在将其运用于从生物医药到农业的各个领域。然而,从一种奇特的细菌重复序列现象的发现开始,到确认这种现象为适应性免疫系统,进而对它的生物功能特性的了解,直至开发为一项基因工程的技术,这此前二十载相关的研究历程却不为人所知。

本文正是着眼于填补这段科学历史的空白,它讲述的是观念的演化历史和先锋人物的传奇故事,并且从中获得关于支撑科学发现的优秀科研环境的启迪。

很难想起曾经有哪一次科学革命像CRISPR这般如此迅速地改变生物学界。

仅仅三年之前,科学家宣布,CRISPR系统,即细菌通过纪录和精准攻击入侵病毒的DNA序列而进行自身防御的适应性免疫系统,可以利用转化为一项简单而有效的技术在哺乳动物和其它生物体的活体细胞内进行基因组编辑。

CRISPR即此被全球数以千计的实验室运用于广泛的领域,如创建人类遗传疾病和癌症的复杂动物模型;在人类细胞内进行全基因组筛选从而精确定位作用于生理过程的具体基因;开启或关闭某个特定基因的作用;改变植物的基因。CRISPR有可能用于改变人类生殖系统的前景引发了全球范围的争论。虽然我还没见过没有听说过CRISPR的分子生物学家,但是,你如果问他们到底这项科学革命是如何发生的,他们往往一头雾水。

免疫学家彼得・梅达沃爵士(Sir Peter Medawar)有云:“科学的历史会让大多数科学家感到无聊透顶”(Medawar,1968)。的确,科学家总是义无反顾地专注于未来。一旦一项事实在科学上得到确立,那么通向发现此事实的迂回路径则被归为无关紧要的轶闻。

然而,科学突破背后的科学家的故事可以使我们对于善于激发生物医药进步的这种神奇的科研环境有更多了解:有关灵感与规划,纯粹好奇心与实践运用,“无假设驱动(Hypothesis-free)”与“假设驱动(Hypothesis-driven)”的研究方法,个人与团队,新颖的视角和深厚的专业知识在其中发挥的各自功能。

这些理解对于政府和基金会都尤为重要,因为仅在美国,这些组织就在生物医药研究领域一共投资了超过四百亿美元。对于常常把科学家想象为离群索居于实验室的孤独天才的普通公众,这些理解也同样重要。此外,对于正在接受科学训练的科学学徒而言,能对科学职业生涯有一个现实的图景式的把握,并将其作为导向和激励,更是十分有益。

在过去的几个月里,我一直试图理解CRISPR背后的20年的前程往事,这其中包括科学观念的历史和科学家的个人经历。本文的视角是建立在已发表的论文,个人访谈和其它材料(含期刊拒绝信)的基础之上的。最后,我尝试从其中得出一些普遍的经验。

本文的关键内容是描述了一群踌躇满志的科学家偕同他们的合作者和其它未能详述的贡献者一起发现了CRISPR系统,揭开它分子机制的面纱,并将它转化利用为生物与生物医药研究的强大工具。他们共同列名于CRISPR英雄谱。

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