专访 | 复旦大学卢大儒教授:基因编辑正当时,各色应用显身手-访谈-生物探索
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专访 | 复旦大学卢大儒教授:基因编辑正当时,各色应用显身手

2018/08/06 来源:生物探索
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导读
他在复旦大学生命科学学院默默坚守了34年,带领研究团队在血友病、肿瘤等疾病的遗传学研究方面取得了重要成就。他总是教育学生要热爱科研,在生命科学的风景里自由探索……他就是复旦大学生命科学学院副院长卢大儒教授。在近日的第二届基因检测与健康产业大会上,生物探索有幸采访到他,聆听了他醉心科研的故事。


遗传学的魅力

20世纪70年代,随着基因工程的诞生,遗传学正值“阳春白雪”。1984年,卢大儒考入心仪已久的复旦大学生物工程系,师从我国遗传学之父谈家桢先生。与传统的生物学不同,遗传学强调逻辑推理的过程。在基因工程领域,遗传学甚至可以解码基因、设计基因、操作基因、改造基因,这一切都让卢大儒感受到这一学科的魅力。

“研究生的时候,恰逢谈家桢先生向国家倡议,提出了基因治疗遗传病的课题,我很有幸参与到这项研究中。研究生读完以后,我有几种选择,一是回苏州医学第一附属医院(现在的苏州大学第一附属医院),二是出国,三是继续攻读博士。当时幸得谈家桢先生和导师的器重,我最后选择继续回到复旦大学攻读博士。”采访中,卢教授回忆了继续在复旦攻读博士的故事。

如今,经过30多年的发展,遗传学科学和技术实实在在地应用在我们日常生活的方方面面,包括人类健康、疾病诊疗、药品、农业、环境保护、司法等方面。在卢大儒看来,真正推动遗传学从基础科学到应用转化的第一个关键技术是重组DNA技术,它引领了科学革命,随后才有了基因工程、药物和疫苗等。与此同时,PCR技术的出现推动了基因研究的发展。“它就像让我们坐上了‘高铁’,得以破解人类生命的密码。”卢教授解释道。

基因编辑的自由探索

如何阅读、修改甚至编写人类基因组这本“天书”呢?卢大儒教授一语中的,答案是基因编辑——通过改写、修饰天书,让其得以正常、甚至于完美,促使疾病特别是遗传病能够从根本上得到治疗。

谈到基因编辑的前世,一定要从同源重组进行基因打靶说起。上个世纪80年代,科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑,但此技术在其余细胞内效率极低,应用受到极大的限制。90年代,基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA上三联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特点,科学家们研发出一种新的基因编辑技术——锌指蛋白酸梅技术(ZFNs)。但此技术专利被公司垄断,且锌指蛋白数量有限,可以识别的DNA序列数量有限。

2011年左右, TALENs技术横空出世,它是一种人工改造的限制性内切酶,是将TALE的DNA结合域域限制性内切酶(FokI)的DNA切割域融合而得到。理论上,TALENs可以任意选择靶DNA序列进行改造,是一种非常有效的基因组改造工具酶。

2013年开始,基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列(CRISPR)系统发展而来的新一代基因组编辑技术——CRISPR/Cas9技术,使得基因编辑变得更为简易、高效,目前已经广泛应用于多物种靶向基因编辑、转录调控、表观修饰,基因治疗研究和临床研究。

其实早在本世纪初, 卢大儒教授就开始关注这些技术、并合作开展了ZFN、独立进行了TALEN的基因编辑研究了,2012年,卢大儒教授的团队就已经看到CRISPR技术的潜力,并于2013年春天,将研究团队的精力从TALENs转到CRISPR上,构建一个血友病B小鼠模型,并进行了血友病B小鼠的基因编辑治疗研究。而现在他们团队的研究重点之一是地中海贫血症基因编辑治疗。具体来说,采用CRISPR的RNP通过蛋白质转导的方法,建立了成熟的造血干细胞分离、培养和扩增技术,造血干细胞的细胞分化技术,多种造血干细胞的基因和RNP转染系统(包括慢病毒、腺相关病毒和电转染等),他们基于NSG小鼠的人造血干细胞移植模型观察治疗效果,目前已取得初步进展和成果。

卢大儒教授也提到,“CRISPR/Cas9也有很多需要不断完善和发展的地方,比如CRISPR/Cas9可能会有脱靶效应,这些都让我们意识到任何技术的发展都需要螺旋式上升,在真正临床应用之前需要不断改进,以便让其更加精准。目前我们团队采用低温冷冻电镜等技术研究CRISPR/Cas9,目的也是通过突变改造,提高精准度。此外,我们正在思考是否能够提高CRISPR/Cas9一些低效的区域切割效率等问题。在治疗遗传病的尝试中,基因编辑和单碱基编辑这两种技术可以互补。”

1990年复旦大学等进行了世界首次血友病B基因治疗。卢大儒教授说道:“当年把基因疗法引入大家视野是针对遗传病的基因治疗,但是让其真正发展、落地是通过对肿瘤的治疗,例如CAR-T疗法——已在白血病领域取得了显著成效。在包括地中海贫血、黑朦病、先天性的联合免疫缺陷症等在内的遗传病治疗方面,基因疗法同样也取得了良好的成绩,这些进展极大地鼓舞了科学工作者的信心!”

遗传咨询的未来

当提及国内遗传咨询的现状和对未来国内遗传咨询的展望时,卢大儒教授这样说道:“现在,国内遗传咨询非常火爆,风起云涌,各路诸侯纷纷做遗传咨询,这是因为有需求。特别是基因测序时代的更迭,解读基因组信息逐渐成为刚需。自2013年开始,复旦大学先后举办了两届遗传咨询培训班,共培养了约80名遗传咨询师。2015年,中国遗传协会遗传咨询分会正式成立,到目前已成功举办十多届遗传咨询师培训班,为很多医院遗传工作者提供了很好的教育、培训机会。我们欢迎更多人加入遗传学的教育中,同时,我们希望遗传学的教育在与国际接轨的过程中逐步规范化。”

对于遗传咨询的未来,卢大儒教授展望道,“首先,希望普及到临床医生、基因数据分析人员。第二,遗传咨询能够跟高科技结合,比如人工智能、大数据、APP等。同时,遗传咨询离不开数据库,这是咨询的依据,所以要搭建很好的公共数据库。此外,还需要中国遗传学会遗传咨询分会、中华医学会遗传学分会等出台一些指南和专家共识,提供指导。”

欣赏生命科学的风景

“第一身份是老师,第二身份是有兴趣的遗传科研工作者”。这是卢大儒教授对自己的身份定位。他笑着说,“我跟很多科研工作者不太一样,我对科研的工作是兴趣驱动。我把这种自由探索理解为在生命科学的风景里面进行欣赏。作为一位老师,我要扮演‘导游’的角色,带领学生们去欣赏和鉴别风景,科学研究也是有品位的,这是教师应该具备的素质,知识面比较广博,对时代的前沿把握比较准,在此基础上再做研究。此外,我对技术也很感兴趣,技术是推动科学发展的动力。俗话说,磨刀不误砍柴工,有了好的技术可以事半功倍。所以我经常鼓励同学们要有工匠精神,对技术要钻研。”

采访最后,卢大儒教授表示,身为泰州人,对于近年来家乡医药产业的变化有着特殊的感受。“三年以后,再次回到泰州参加基因检测与健康产业大会,非常高兴看到中国医药城的腾飞。飞速发展的背后肯定离不开当地政府对辅助服务、人才引进等方面的努力工作。我希望,未来中国医药城更加红火,能够真正达到在中国医药研发、流通等多方面真正领先的水平。”他如此期待。