首次女性科学家共享的诺贝尔奖——2020化学奖

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  • 来源:米奇网

    革命性的基因编辑技术肯定能获奖,只是会颁给谁?2020年诺贝尔化学奖颁给美国伯克利大学的生物化学家Jennifer Doudna和德国马普所感染生物研究所的微生物学家法国人Emmannuelle Charpentier。由于她们在2012年发现了细菌免疫系统的CRISPR,并将其作为基因编辑器。


    此次的化学奖创造了历史,只颁给了女性科学家。这对从事科技工作的女生来讲,是一个极大的鼓舞,虽然诺贝尔奖离我还是很远的。但两位女科学家独获诺贝奖对我们这一代的女性和未来年轻的女性科技工作者来讲,无疑是一个令人振奋的事情:专注于本职的工作,只要有价值一样会被世界认可!


    //包括居里夫人,只有7位女性科学家获得诺贝尔化学奖


    “快速”获奖的研究成果

    相对于诺贝尔其他奖项,此次基因编辑获奖的成果仿佛是昨天发生的。按照时间来看,以及对照其他大多数的诺奖成果,这项成果很快就获得了认可,2012年发表成果,2020年获奖,相对于丙肝研究的科学家经历近30年才获得诺贝尔奖,这可以说是非常快的。而上一次这么幸运的大概是生理或医学领域的成体细胞重编程的日本科学家Shinya Yamanaka,2006年发表研究成果,2012年获得诺贝尔医学奖。


    Cherpentier于2011年发表了其第一篇关于CRISPR的论文,于当年的 3月在波多黎各的一个学术会上碰到了Doudna,然后两人相约海滩散步,散步时擦出了“诺奖火花”。随后两人合作研究并在2012年发表了今年诺奖的文章,研究展示了一种叫Cas9的细菌酶可以剪切试管中的DNA漂浮物。关键的是,Cas9能和定制设计的分子CRISPR相关RNAs配对,这样就可以将酶引导至DNA分子的任意位置,就像是猎狗引导侦探追捕逃犯一样。


    基因剪刀的“两面性”,造福与滥用

    在2位获奖者的里程碑式的研究成果发表后的6年时间,就有科学家就在实验室里实现了对人类细胞的编辑,也有初创公司开始了临床研究用CRISPR治疗镰刀细胞疾病,B再生障碍贫血,和先天性眼盲症。还有很多的临床研究在陆续的计划中,比如治疗杜氏肌营养不良,囊泡性纤维症,I型糖尿病,血友病等。基于CRISPR的工作特点,一些DNA缺陷的遗传性疾病有望通过修正缺陷DNA从而治愈这些遗传性疾病。说明2位获奖者的研究成果奠定了基因编辑的发展拐点。虽然之前在CRISPR之前,也有其他工具如锌指酶和TALENS等,但这些工具既耗时耗力、又费钱、还容易出错,因此并没引发基因编辑行业的快速发展。


    CRISPR包括有引导分子RNA和剪切DNA的酶,可以通过2种方式发挥作用。当引导分子将剪切酶引导至细胞中病变的基因位置时,剪切酶就剪掉发生病变的问题DNA片段。如果只需要剪掉DNA,CRISPR分子就会留在那儿。还有一种,就是修改基因,先去除问题片段,然后修改为正确片段。一段无突变、健康的DNA片段就整合进剪切位点,替代原先的、被删除的问题片段。


    CRISPR-Cas9肯定能获奖,是因为,基因编辑既是革命性突破,也是引发广泛争议的一个工具。


    说其是革命性的突破。俗称为“基因剪刀”的CRISPR不仅可以用于植物研究,研究抗旱、抗虫的农作物等,还可以用于医学研究,比如癌症治疗,遗传性疾病的治愈方法等。虽然CRISPR不像每个字节那么精确,但仍不妨碍它是一个革命性的工具,这个工具能帮助科学家通过对基因的编辑研究这些基因在疾病成因、健康促进等方面的作用,研发对应的治疗方法或药物等。


    但另一方面,CRISPR也备受争议,就是其“重写生命密码”的能力,可以用于胚胎改造来实现“功能增强”或“特性提升”等非疾病治疗。此次获奖的Doudna除了专注研究,也积极呼吁国际社会负责任地应用“基因剪刀”技术,并推动出台基因编辑国际伦理规范,支持遗传学疾病的预防和治疗,但反对功能增强等非疾病治疗方面的应用。


    但是基因编辑“改写生命密码”的能力,确实具有实现体育领导“超级运动员”理想的潜能:运动员不仅会游泳,而且还会跑步。当然,有“超级运动员”,也就可能会有“超级战士”等等。因此,未来的差距将如何弥补?如果说,现在的差距(人与人,国家与国家等)可以通过勤劳、努力、低成本劳动力等付出以时间的积累来缩小差距,实现阶层的跃升。但未来,通过掌握这些尖端科技而出现的“生而不平等”时,差距能缩小吗?


    专利纠纷和获奖疑云

    提到CRISPR,就无法忽略本次诺奖获得者和张峰同学的专利官司。2014年,张峰同学所在的Broad研究所获得了CRISPR专利授权,但Doudna所在的加州大学(UC)没有。UC非常不服决定申诉,但在2018年,UC先后败诉于专利局上诉委员会和联邦上诉法院。然后2019年,美国专利局开始第二轮的2家研究机构的专利纠纷听证,而就在上个月(2020年9月),Doudna和她的同事没有提交足够的证明材料表明,CRISPR-Cas9在2012年时能编辑植物和动物基因组。也就是说,在张峰同学2012年12月申请专利前,UC的专利申请中并没有提交其用于编辑动植物基因组的研究数据和结果。也正是因为这个专利决定,我在之前的预测中将张的名字与Doudna和Charpentier并列。而忽略了,诺奖的遴选并不是以专利为先。不过专利的判决应该可以安抚一些“因为张是华人,所以……”等等不平。


    虽然,诺奖规则是最多可以3人并列获奖,但此次只选了2名合作研究的科学家。主要是因为她们的工作是基因编辑的一个拐点,实现了基因编辑的“简单、易行、经济、高效、准确”。当然,一路走来,基因编辑的研究者众多。有完全由于个人兴趣开始的Francisco Mojica,他就是想弄清楚一种耐盐细菌中奇怪的重复序列到底是什么情况,而按照“自然”杂志的评价,没有Mojica就有CRISPR(但当年,《自然》可是无情的拒绝人家投稿的)。所以,为张同学惋惜的人是不是心理会好受一些?也有因为防御生化战争的从事军事研究的Giles Vergnaud,本意是发展基于微生物种类间细微遗传学差别来追踪病原体来源。还有为了提高酸奶产量的食品工业的科学家Philippe Horvath等等。


    哈佛大学的科学家George Church(他和张峰同期分别研究将CRISPR用于编辑哺乳动物细胞的科学家,张峰在Church的实验室做的博士后)说,虽然他们的研究成果对行业也很有意义,但他不认为他和张会因为此次没有获奖而感到沮丧。这是因为,评审委员会由于Charpentier and Doudna的科学发现而授予化学奖,但他和张做的是发明工作。因此,获奖秘籍是从事基础研究。不过,Church认为,张峰是一个非常有创新思维的年轻科学家,即便这次没有获奖,在未来也肯定会有机会至少1次,甚至是向居里夫人那样2次获得诺贝尔科学奖。


    CRISPR研究的启示

    “新想法、新技术冒尖的时候,通常不被看好,不被理解,甚至被退稿”


    就连国际顶级的学术期刊面对创新也是如此。前述的完全基于个人兴趣的西班牙科学家Mojica在2003年将CRISPR研究成果写成论文,投给了《自然》,结果当场被拒(多年后,评价人家为“没有Mojica就没有CRISPR”);然后2014年1月份,投给了《美国国家科学院院刊》,连送审的机会都没给;接下来相继被《分子微生物学》、《核酸研究》给拒了。最后没办法,只能投给《分子演化杂志》,并经历了12个多月的审稿和修订,这个宣布CRISPR可能功能的研究终于在2005年2月1日得以公开发表。其他几名早期研究者的研究成果均有类似“退稿遭遇”。当我们鼓励自由探索,以及敢于研究一些不那么热门的方向时,谁去约束那些项目评审专家或杂志编辑对这些自由探索、生僻领域研究成果的个人偏见呢?


    数据科学触发生命科学领域研究范式的转变

    由过去的先假设再通过实验论证的范式转向数据驱动的无假设研究范式。CRISPR位点、功能的发现和tracrRNA的发现都不是由实验室里的实验做出来的,而是来源于大规模的、共享开放基因数据库的生物信息挖掘。因此,未来生命科学和生物医学领域,数据能力将是重要的能力。佐证我在《新40年新40企》讲话中提到需要关注的4种数据能力(数据的获取、理解、制造和传递)。


    研究要趁早,不管在什么单位

    从CRISPR的研究历程可以看到,这些科学家取得里程碑式的研究成果的科学家都是在30岁之前完成的,如Mojica, Horvath, Marraffini, Charpentier, Vogel和Zhang等。那我们的很多基金、重大项目政策等是否支持如此年轻科学家的申请?并且一些早期开拓性的研究成果并不是在我们在意的“一流”大学完成的,而是在比如西班牙阿里坎特,法国国防部,食品公司的实验室,和立陶宛的维尔纽斯等并不知名的地方。


    因此,不管我们身在何处,我们都要勇于探索,不惧失败,不怕不被理解,而享受纯粹基于个人兴趣的自由探索,或者工作目标的完成,或者企业价值的创造等过程,投入其中,我们都能收获工作带来的乐趣和成果。


    好了,我们不要抱怨自己所处环境的不好,也无需为张同学抱不平。而是要趁着年轻及时“折腾”,比如像CRISPR道路上的年轻科学家们一样,选一个自己感兴趣、哪怕是生僻的领域,尽情享受探索的过程。即便是此次没有获奖,但反正年轻,未来还有大把时间和机会,就像张同学那样。