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Nature:CRISPR技术背后的无名英雄们

2016/08/01 来源:生命奥秘/张洁
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导读
CRISPR技术大热,成就了一大波学术明星。但这些学术大牛们的研究生和博后们的贡献往往会被忽略。

CRISPR技术大热,成就了一大波学术明星。但这些学术大牛们的研究生和博后们的贡献往往会被忽略。

当Blake Wiedenheft开始学习微生物时,他的工作颇有些不切实际,前途不明。

他的博士生涯主要是对国家黄石公园的温泉进行取样,然后人工仿造温泉中的微生物。 Wiedenheft指出,他们想知道,这些微生物是如何在高温、强酸的环境中生存的。

随着时间的推移,Wiedenheft对微生物如何防御病毒更感兴趣。他查阅了大量文献,发现了一种名为CRISPR的细菌免疫系统。 2007年,他认识了也对CRISPR非常感兴趣的Jennifer Doudna。Doundna在加州大学(University of California)伯克利分校拥有自己的分子生物学实验室,并向Wiedenheft发出邀请。接下来的5年里,Wiedenheft在Doundna的实验室研究了CRISPR系统的结构和生物化学,最后成功以第一作者的身份在《自然》(Nature)杂志上发表了CRISPR研究的成果。

如今,全世界的分子生物学家都知道CRISPR。各个领域的研究人员都开始使用这一技术添加或删除基因。 CRISPR可以产生各种转基因作物,并可能治疗人类遗传性疾病。

Doudna和其他主要研究者都成了科学名人:各大报纸、纪录片都争相报道他们的故事,甚至有传言说他们是诺奖的有力竞争者。Wiedenheft表示,他刚来这边实验室的时候,只有他一个人研究CRISPR,但是当他离开实验室后,几乎每个人都在研究它。

但Wiedenheft依旧默默无闻——其他为CRIPSR技术做出了重大贡献的博士后们和研究生们也一样。他们也从CRISPR研究中得到了一些利益:师从名师的底气以及宝贵的CRISPR研究经验。但现在CRISPR领域竞争过于激烈,他们中的一些人难以成立自己的实验室。

对于Wiedenheft来说,生存的关键在于“隐居”。离开Doudna的实验室后,他在他读博的机构——蒙大拿州立大学(Montana State University)和一个更大、更知名的科研机构之间,选择了前者。他指出,他喜欢完成一天的工作之后,一个人独处一会儿,去户外走走。

这样能激发灵感,帮助他成为更好的科学家。与其他从大牛实验室毕业的科学家一样,他一直很好奇,第一作者和通讯作者的差别在哪里。现在,他深深感受到了这种差别——他在现在的实验室并不受重视。“有时候差别还挺大的,有时候差别也不大。”

CRISPR历史回顾

由于专利之争,CRISPR-Cas9基因编辑的历史充满争议。研究人员和机构都想从CRISPR这一蛋糕中分到一块,因此他们积极让自己的名字出现在学术论文和新闻里。Wiedenheft表示,他接到了很多律师的电话,询问他什么时候做了哪些试验。

今年1月,麻省理工学院-哈佛大学博德研究所(Broad Institute of MIT and Harvard)的院长Eric Lander在《细胞》(Cell)上发表了一篇名为《CRISPR英雄》(The Heroes of CRISPR)的文章加剧了该领域的争议。有人认为,某些研究人员的贡献被边缘化了,鉴于博德研究所陷入了专利之战,发表该文章却不添加利益冲突说明是非常不合理的。

但对于哈佛医学院(Harvard Medical School)的遗传学家、CRISPR领域的先锋之一George Church来说,CRISPR的发现更多应该归功于他的博士后和研究生们。他指出,Eric提了太多次他的名字。

Lander表示,该文章并没有刻意忽略某些研究者的贡献。他继续补充,一篇论文有几十个共同作者,他不可能在9页的文章里一一提及。即使真的忽略了部分研究者的贡献,这篇文章也扩大了CRISPR的明星家族:大家的焦点通常放在3个主要贡献者上,而他的文章介绍了17位主要的研究者,而且还承认了有很多其他研究者也做出了重要的贡献。

尽管几位CRISPR大牛都大力宣扬年轻学者的贡献,但这些年轻人依然籍籍无名。Church实验室的年轻研究者们非常感谢导师的大力支持,以及Church实验室提供给他们的独特的学术环境。 Doudna也努力为年轻人争取应有的荣誉和待遇。她指出,年轻的研究者得到应有的荣誉非常重要,因为他们是科学进步的真正主力。而且,学术论文经常都会列明每个作者对论文的贡献。

但这些细节往往不受重视,因为学术论文的荣誉及其相关奖项都属于论文的通讯作者。Doudna实验室的Martin Jinek指出,现有的学术体系就是这样的。 Jinek本人接受这样的角色分配。但是,有时候也会觉得不公平。

前Doudna实验室研究生、现Caribou Biosciences主席Rachel Haurwitz表示,有时人们可能会注意到第一作者,但不够重视。他们会提到2012年Jinek的论文,但大多数人不会知道Martin Jinek是谁。

Jinek也是那篇Cas9开创新论文的共同第一作者——他发现,他的生活已经完全被CRISPR定义了。当他进入就业市场,面试时他不能提起自己的研究成果,因为专利还未获批准。即便如此,他还是得到了瑞士苏黎世大学(University of Zurich)极具吸引力的录用书。他接受了这份工作,建立了自己的实验室,专门研究CRISPR的基础生物学而非应用。

随着CRISPR-Cas9基因编辑逐渐热门,他的日程安排日益紧凑:他现在每个月需要出差两三次,参加CRISPR相关的交流分享会。虽然他喜欢CRISPR热给他带来的职业助力,但他也在努力在运营自己的实验室和履行义务(与其他生物研究者交流分享CRISPR技术)之间的平衡。

Haurwitz也遇到了困难。她的博士生涯都在描述基于CRISPR的微生物免疫系统和一种CRISPR相关酶Cys4的结构。 2011年,她和Doudna等人共同创立了Caribou公司,实现CRISPR研究工具的商业化。早期的日子非常艰难,但Caribou和行业巨头逐渐建立了合作关系。该公司在5月宣布其最新一轮融资达到3000万美金。然而,随着公司的不断壮大,一些投资者要求找经验更丰富的人来顶替Haurwitz的位置。Doudna否定了这一提议。

她指出,Haurwitz没有理由要备更换,她展现了自己在商业上的天赋。

弄潮儿

对于许多年轻科学家来说,在这么热门的领域工作具有明显的优势。作为一个博士后,生物工程师Prashant Mali帮助Church实验室启动CRISPR项目。Church实验室在2013年发表的那篇表明CRISPR-Cas9可以用来编辑人类诱导多潜能干细胞基因组的论文里,他是共同第一作者。

这一发现大大刺激了CRISPR热——2013年下半年,Mali就着这波热浪进入就业市场。

他表示,他因此获得了很多荣誉和支持。(然而,《CRISPR英雄》里没有提起他——Church对此很不满。)最后Mali选择了加州大学(University of California)圣地亚哥分校,继续研究干细胞的发育和开发基于CRISPR的工具。他认为,该领域的热门也有代价。他的实验室成立了18个月——太年轻了,还没走上正轨—— 但该领域的竞争非常激烈。“很多好的想法都会发生重叠,很容易被抢发文章。”

对于Church实验室2013年那篇论文的另一位第一作者Luhan Yang来说,CRISPR则为她铺平了科研之路。该论文发表后不久,几位研究器官移植的研究者联系了Church实验室。他们想知道,基因组编辑可否用于改造猪的器官,减弱移植到人体后的免疫反应。Church表示,Yang抓住了这次机遇。

猪的基因组含有很多内源性逆转录病毒,这些逆转录病毒在人类宿主中可能被激活,因此上世纪90年代末大部分研究者都放弃了这一研究。Ynag认为,逆转录病毒序列高度相似,仅使用单个CRISPR-Cas9就可能一下子敲除很多病毒序列。她和其他三个共同第一作者一次性敲除了猪基因组62个逆转录病毒基因,创造了世界纪录。Yang正打算和Church筹集资金,成立eGenesis公司,深化这一研究。她表示,George总是给她机会,让她确立自己的领导地位。

Church实验室位于查尔斯河旁,在河的对岸,研究生丛乐和他的导师、生物工程师张锋每天工作到深夜,开发应用于哺乳动物细胞中的CIRSPR基因编辑工具。当丛乐加入实验室时,张锋才刚建立起自己的实验室。丛乐还记得自己打开包裹着实验室第一台离心机的盒子的心情,还记得与张锋在谷歌上搜索“DNA结合蛋白”情景。逐渐地,他们两成了黄金搭档。

当他们开始CRISPR项目时,项目进展比较缓慢。丛乐对可能的酶和反应条件一一进行筛选,试图找到可用于人类细胞的基因编辑工具。

但是丛乐愿意冒这个险。他和张锋此前曾率先在哺乳动物细胞中使用了另一种基因编辑系统——TALENS。他认为,因为有了这篇论文保毕业,因此即使CRISPR项目失败,他也不愁毕业的问题。皇天不负有心人:2013年,丛乐和另一名研究生Fei Ann Ran作为共同第一作者在《科学》(Science)杂志上发表论文,展示了该系统在哺乳动物细胞内的工作原理——他们的论文与Church、Mli等人的论文同时发表。

此时,张锋建议丛乐跳过博后阶段,直接拿教职。但丛乐担心,这样做会限制他的发展,他的职业生涯可能会一直限制于CRISPR领域。但丛乐不喜欢这样。 他不仅仅希望开发技术。最终,丛乐选择了从事另一个方向的博士后研究工作;现在他正在着手找教职,并计划研究过敏和自体免疫失调。

丛乐指出, CRISPR的镁光灯都聚焦在张锋身上,对此他毫无怨言。他想他已经得到了认可。张锋在学界内毫不吝啬地把荣誉分享给他,并且鼓励他做关于CRISPR的学术演讲。

丛乐和其他受访者一样,认为对CRISPR领域做出贡献的研究者都不应受到忽视。他提到了其他实验室的一些工作,包括一些最早描述CRISPR系统的微生物学论文。Wiedenheft表示,CRISPR领域就是这样,尽管竞争激烈,但大家都非常友好。

然而,在学界外,所有的荣誉都属于资深研究者们。Lander指出,我们需要改善奖励机制,只有旧观念才会认为,一个科学发现只属于少数几个人。

《CRISPR英雄》这篇文章漏掉了太多幕后英雄。一个经常被忽略的研究团队是由维尔纽斯大学(Vilnius University)的Virginijus Siksnys领导的研究小组——2007年Giedrius Gasiunas在这里开始他的博士生涯。他花了数年时间,解析了CRISPR-Cas9的生物化学,最终得出的结论是,Cas9酶可用于切割特定部位的DNA。

2012年,该实验室向《细胞》(Cell)杂志投稿,未经同行评议,直接被拒稿。随后Gasiunas改投《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

几个月后,当他的论文仍在审查之中,Jinek的论文在《科学》(Science)杂志上发表了。

这两篇文章有关键性的差异,但得出了类似结论。简而言之,Gasiunas的论文被抢发了。

眼看其他科学家因CRISPR基因编辑技术屡获荣誉和奖项,在Siksnys实验室做博士后的Gasiunas有些心烦。但这样的经历并没有打消他对CRISPR的热情。他又一次遇到了文章被抢发的情况,但这次他没有那么难受了。Gasiunas表示,这个领域充满风险。但他觉得,如果你想做出大的成就,那你就需要承担风险。

推荐原文:

Heidi Ledford. (2016) The unsung heroes of CRISPR

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