改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

今年的諾貝爾化學獎史無前例首次同時頒發給兩位女科學家——馬克斯·普朗克感染生物學研究所主任伊曼紐爾·夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和加州大學伯克利分校的生物化學家詹尼佛·A.杜德娜(Jennifer A. Doudna)。她們因在基因編輯研究領域做出的卓越貢獻而獲獎。

改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

10月7日,2020年諾貝爾化學獎揭曉,法國科學家伊曼紐爾·夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和美國科學家詹尼佛·A.杜德娜(Jennifer A. Doudna)獲得了這一獎項。

據介紹,夏彭蒂耶和杜德娜利用CRISPR-Cas9“基因剪刀”,以極高的精度編輯了動物、植物和微生物的DNA。來自諾獎官網的消息顯示,這項技術對生命科學產生了革命性的影響,可以幫助研究者開發新的癌症療法,並使治癒遺傳疾病的夢想成為現實。

到底什麼是基因編輯?基因編輯之於我們有何種意義?我們應該如何看待基因編輯?它擁有著怎樣的過去和未來?基因編輯研究的背後又有哪些驚心動魄的故事?在詹尼佛·A.杜德娜和塞繆爾·H.斯坦伯格所著的《破天機:基因編輯的驚人力量》一書中,我們或許可以得到這些問題的答案。這本即將於11月出版中文版的著作中,身為CRISPR技術先驅的杜德娜與親歷者斯坦伯格,回顧了基因編輯技術的發展史,展望了未來的發展趨勢,並梳理了相關社會與倫理議題。

以下內容經湖南科學技術出版社·原力授權節選自《破天機:基因編輯的驚人力量》,較原文有刪節修改,標題為編者所加,非原文所有。

改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

《破天機:基因編輯的驚人力量》,[美]詹尼佛·A.杜德娜、[美]賽繆爾·H.斯坦伯格著,湖南科學技術出版社·原力,2020年11月。

作者丨[美]詹尼佛·A.杜德娜 賽繆爾·H.斯坦伯格

摘編丨安也

2009年,第一代基因編輯技術出現了,它依靠的是從黃單胞桿菌裡發現的一種新型蛋白質,叫作類轉錄活化因子(TALEs)。這些蛋白質與鋅指核酸酶的構造非常類似:它們都是由多個重複片段組成,每個片段識別特定的DNA序列。區別在於:每個鋅指核酸酶的手指識別三個DNA鹼基,而每個類轉錄活化因子的片段可以識別單個DNA鹼基。這使得科學家很容易推斷出哪個片段識別哪個DNA鹼基,於是他們可以重新編輯,使其識別更長的DNA序列。在鋅指核酸酶中,這項工作聽起來簡單,實際上困難;但在類轉錄活化因子中,它的確很簡單。

研究人員轉而探索這種新技術。類轉錄活化因子的編碼序列一經破解,三個實驗室就把類轉錄活化因子與鋅指核酸酶的剪切模塊融合,創造出了類轉錄活化因子核酸酶(簡稱TALENs)。類轉錄活化因子核酸酶在細胞內引發基因編輯的效果非常驚人,科學家對它做了某些設計上的改進,更方便了它們的構建和使用。

就在人們發現類轉錄活化因子核酸酶並用於基因編輯不久,最新的(也許是終極的)基因編輯技術出現了。這項技術叫作CRISPR⸺正是在這裡,我的故事跟基因編輯的故事銜接了起來。基因編輯技術經歷了漫長的發展歷史,但它馬上要進入一個激動人心的新時代。

我們應該如何看待基因編輯?

科學家可以使用強大的生物技術來修飾活細胞裡的DNA,甚至改造這個星球上所有物種的遺傳密碼。在諸多基因編輯的工具中,最新,也可能是最有效的,當屬CRISPR-Cas9(簡稱為CRISPR)。有了CRISPR,生物體的基因組就變得像文本一樣可以被編輯。

只要科學家知道了某個性狀的基因,我們就可以利用CRISPR在它的基因組中插入、編輯或刪除該基因。這比目前其他任何基因操作技術都更簡單有效。

改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

DNA——生命的語言。

科學家利用CRISPR製造出了一種“基因增強版”的小獵犬,它肌肉發達,像是犬類裡的施瓦辛格,而科學家改變的只是參與控制肌肉形成的基因的一個鹼基對。在另一個例子裡,通過抑制豬的身體裡對生長激素起反應的基因,研究人員製造出了迷你豬,它大小接近家貓,可以作為寵物出售。科學家也在陝北山羊身上進行了類似的實驗,使用CRISPR編輯了它的基因組,同時提高了肌肉含量(這意味著更多的肉)與含毛量(這意味著更多的山羊絨)。通過CRISPR,遺傳學家已經把亞洲象改造得越來越象猛獁象,或許有朝一日會復原這種已經滅絕的動物。

與此同時,在植物界,CRISPR也已經被廣泛用於改造農作物的基因組。這為農業革命鋪好了道路,將進一步顯著提高人們的飲食質量,確保世界糧食安全。通過基因編輯,科學家已經制造出了抗病水稻、晚熟番茄、脂肪酸水平更健康的大豆,以及含有更少神經毒素的土豆。在實現這些目標的時候,食品學家並沒有依賴雜交技術,而只是稍微調整了植物基因組的少數幾個鹼基對。

在實驗室培養的人類細胞裡,這種新的基因編輯技術已經糾正了許多遺傳病,包括囊狀纖維化、鐮狀細胞病、某些形式的眼盲、重症複合免疫缺陷等。利用CRISPR,科學家可以從人類DNA的32億個鹼基對中發現,繼而更正單個基因突變——這已經很令人驚歎了,但是它還可以完成更復雜的修飾。研究人員已經糾正了杜興氏肌肉萎縮症患者身上的突變基因,從而治癒了疾病。在一個血友病的案例中,研究人員利用CRISPR對患者身上發生顛倒的50多萬個DNA鹼基對進行了精確調整。CRISPR也可以用於治療艾滋,比如,從患者受感染的細胞中切除病毒的DNA,或者編輯患者的DNA,避免更多細胞受到感染。

基因編輯在臨床應用上的可能遠不止於此。由於CRISPR允許我們精準、直接地進行基因編輯,每一種遺傳病——只要我們知道它的突變基因——理論上都可以得到治療。事實上,醫生已經開始使用改造的免疫細胞治療癌症,這些免疫細胞攜帶著增強版的基因,可以更好地消滅癌細胞。雖然CRISPR離大規模臨床應用還有一段路要走,但它的潛力毋庸置疑:基因編輯有望提供新的治療方案,甚至挽救生命。

CRISPR技術的影響不止於此,除了治療疾病,它也可以預防疾病。它簡單有效,甚至可以用來修飾人類的生殖細胞系(germline),從而影響後代的遺傳信息。不必懷疑,這項技術有朝一日會被用於改造人類的基因組,長久地改變人類的遺傳物質,雖然我們目前還不知道這一天何時到來。

一開始,我認為要把這些討論留給受過專業生物倫理學訓練的人,自己繼續投身於火熱的生物化學研究。但與此同時,作為這個領域的開拓者之一,我感到有責任參與討論這個話題:這些技術可能如何被使用,應當如何被使用。尤其是,我希望更多的人參與這個討論,不僅僅是科研人員和生物倫理學者,也包括其他利益相關群體,包括社會科學家、決策者、宗教領袖、管理人員,以及普羅大眾。鑑於這項科技進展會影響到全人類,我們有必要讓社會各界人士都參與進來。更重要的是,我感到了開始這種對話的緊迫性,如果等這些技術已經開始應用了再試圖加以約束,恐怕為時已晚。

基因編輯迫使我們直面這個棘手的問題:改造人類遺傳物質的界限何在?有人認為,一切形式的遺傳改造都是邪惡的,違背了神聖的自然規律,傷害了生命的尊嚴;另一些人認為,基因組只是“軟件”——我們當然可以修改、清理、更新、升級它們,他們更進一步爭辯道,讓人類受制於有缺陷的遺傳信息不僅有違理性,也有悖道德。基於這些考慮,我們倡議禁止在人類胚胎中進行基因編輯,而其他人則提議科學家放下顧慮,勇往直前。

我們不能忽視了基因編輯給我們——特別是對遺傳病患者——提供的無比珍貴的醫療機遇。試想,假如有人知道了他/她攜帶著一份突變版本的HTT基因(這意味著他/她肯定會患上早發性失智症),如果他/她能夠提前獲得基於CRISPR的治療,在症狀發作之前就剔除突變的DNA,這會免去多少痛苦——而這種治療手段在以前是無法想象的。因此,雖然我們還在辯論是否應當對生殖細胞進行基因編輯,但我們也很小心地避免讓公眾對CRISPR產生敵意,甚至反對基因編輯技術的臨床應用。

Cas9的功能究竟是什麼?

Csn1蛋白質的名字幾經演變,最終,在2011年夏天,確定為Cas9。在我追蹤Cas9相關研究的時候,雖然它變來變去的名字帶來了一些麻煩,但是我從未懷疑過它的重要性。羅多爾·巴蘭高和菲利普·霍瓦特在2007年的研究表明,如果使cas9基因失活,嗜熱鏈球菌抵抗病毒入侵的能力會下降。此外,約西亞娜·加諾和席爾萬·莫伊諾發現噬菌體基因組在CRISPR免疫反應過程中被切開之後,又進一步表明,如果使cas9基因失活,CRISPR就不會摧毀病毒的DNA。

與之類似,在埃馬紐埃爾(埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶,Emmanuelle Charpentier)使用化膿鏈球菌的實驗中,cas9基因失活會導致CRISPR轉錄出的RNA分子殘缺,並降低整體的免疫水平。最終,在2011年秋季,由維爾日尼胡斯·塞尼相剋斯實驗室和丹尼斯克公司的羅多爾·巴蘭高、菲利普·霍瓦特共同完成的研究顯示,cas9基因是嗜熱鏈球菌中對於抗病毒反應的一個必需的cas基因。

改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

CRISPR的RNA分子與Cas蛋白質靶向鎖定病毒DNA。

隨著我對Cas9的瞭解越來越多,我也越來越意識到Cas9在II類CRISPR免疫反應的DNA摧毀階段可能扮演了關鍵角色。起碼,在鏈球菌屬裡,它是一個必需基因,但是我們有理由認為,II類系統中的每一個關鍵成分在其他系統裡都同樣重要。不過,Cas9的功能究竟是什麼,我們仍然不清楚。

馬丁(捷克博士後科學家馬丁·耶奈克,Martin Jinek)、我和埃馬紐埃爾,進行了一次Skype網絡電話會議,開始商議Cas9實驗要採取的策略。安排這次會議頗費周章:埃馬紐埃爾當時在瑞典北部的於奧默大學(Umeå University),比美國太平洋時間早了10個小時,而她實驗室裡領銜CRISPR課題的是剋日什托夫·切林斯基(Krzysztof Chylinski),在維也納大學工作,這是埃馬紐埃爾先前的工作機構。總之,這是一個相當國際化的合作團隊:一位人在瑞典的法國教授,一個在奧地利的波蘭學生,一個德國學生,一個捷克博士後,以及一位在伯克利的美國教授。

我們終於找到了一個適合所有人的時間,然後就開始規劃實驗藍圖。從我們實驗室的角度看,最初的目標相當直接:我們需要想辦法分析、純化Cas9蛋白質,這是埃馬紐埃爾的實驗室無法做到的。有了Cas9在手,我們就可以著手進行生化試驗,鑑定Cas9是否如我們推測的那樣與CRISPR的RNA分子相互作用,以及它在抗病毒免疫反應中發揮了什麼功能。

埃馬紐埃爾的博士學生剋日什托夫給我們寄來了一個質粒,其中包含了化膿鏈球菌的cas9基因,然後邁克在馬丁的細心幫助下開始蛋白質純化的工作。首先,邁克把重組的DNA引入了不同類型的大腸桿菌,他系統地測試了幾十種不同的條件,來優化Cas9蛋白質表達,這就像園丁篩選不同的土壤和肥料組合,以找出適合新花卉的最優生長條件。其次,邁克測試了純化出的Cas9蛋白質的穩定性。

有些蛋白質非常嬌貴,使用一次之後就“變質”了,往往是因為蛋白質凝聚或者沉澱,會導致試管中的蛋白質溶液變成奶白色;另外一些蛋白質則可以反覆凍融,狀態依然穩定。我們很幸運⸺Cas9蛋白質很穩定。最後,進行生化實驗的時間終於到了。在邁克和馬丁純化、分離Cas9蛋白質的過程中,我們就猜想,這個蛋白質如果具有切割DNA的功能,這可能要依賴於嚮導RNA。在我們研究過的I類CRISPR系統中,嚮導RNA與多個Cas蛋白質結合,形成識別和切割DNA的分子複合體。我們設想,Cas9的工作方式可能與此類似。事實上,氨基酸序列分析表明,Cas9蛋白質裡可能有兩個獨立的核酸切割模塊,其中至少有一個會切割噬菌體的DNA。

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Cas9使用兩個RNA分子切割DNA。

邁克在我們實驗室的工作馬上就要結束了⸺他馬上要返回德國,完成博士論文,而且已經訂好了機票,但是,邁克和馬丁下決心測試純化的Cas9酶是否可以切割DNA。他們參照埃馬紐埃爾在化膿鏈球菌中的工作,合成出了CRISPR的RNA分子。然後,他們把這些RNA分子與Cas9蛋白質和一些DNA樣品混合起來。重要的是,這些DNA樣品中有一段序列跟這些RNA配對。

像大多數科學探索一樣,這次實驗以失敗告終。在接觸Cas9蛋白質和配對的嚮導RNA前後,DNA沒有任何變化。要麼邁克的實驗設計不合適,要麼Cas9的確沒有切割DNA的功能。邁克在實驗室組會展示了他的結果,悻悻地返回德國了。這個夏天辛勤的分離、純化、研究Cas9的工作似乎是竹籃打水一場空。

在我們跟埃馬紐埃爾、剋日什托夫的合作進展過程中,馬丁開始跟邁克密切合作,並指導他的實驗,但馬丁也開始尋找教職。面試的時候,他的足跡也遍及世界各地,包括瑞士,他最終接受了蘇黎世大學的工作邀請。不過,對我們來說,幸運的是,在邁克離開的時候,馬丁的日程安排稍微不那麼緊張了,因此他可以從邁克遺留的問題入手,接手這個課題。他把注意力轉向了Cas9,打算解決這個遺留問題:Cas9的功能到底是什麼?

邁克和馬丁的工作似乎表明了Cas9不能切割DNA,但是,實驗本身是否可能有問題呢?這有許多可能,從最無趣的(比如,試管裡的蛋白質降解了)到有趣的(比如,我們缺少了該反應必需的一個成分)。為了探索後一種可能,馬丁和剋日什托夫開始嘗試不同的辦法來設計檢測DNA切割的實驗。真是無巧不成書,他們很快發現,他倆長大的地方非常接近⸺剋日什托夫在波蘭境內,而馬丁在當時的捷克斯洛伐克境內,他們都說波蘭語,這極大地方便了他們通過Skype交流,商討實驗。

最終,剋日什托夫和馬丁進行的實驗表明,除了嚮導RNA,他們還需要第二種RNA,叫作tracrRNA,埃馬紐埃爾實驗室發現,在化膿鏈球菌中,tracrRNA對於嚮導RNA合成是必需的。結果很簡單,但我們卻非常興奮:與嚮導RNA分子裡20個鹼基完全匹配的DNA被幹淨地切開了。對照實驗表明,這種匹配對於切割是必需的,如同Cas9蛋白質和tracrRNA同樣是必需的。

本質上,這些結果以最少的成分模擬了CRISPR免疫反應在細胞內的進程⸺Cas9和兩個RNA分子代表了細胞內的分子,而DNA分子代表了噬菌體的基因組。最重要的是,基因組裡有20個DNA鹼基與嚮導RNA分子配對,這意味著,嚮導RNA與DNA的一條鏈可以通過鹼基配對形成雙螺旋。這樣的DNA-RNA雙螺旋可能是Cas9特異性切割DNA的關鍵之處。

我們無法直接看到DNA被切割,所以需要一種靈敏的檢測方法監控試管內的DNA切割反應。一段含有50個鹼基對的DNA雙螺旋長約17納米,大致相當於最細的頭髮絲直徑的千分之一。即使是用最強大的顯微鏡也無法看到它,因此,馬丁和剋日什托夫採用了核酸研究人員最愛的兩種工具:放射性同位素磷和凝膠電泳分析。放射性磷原子可以通過化學反應與DNA分子結合,使DNA在感光膠片上顯影,由於DNA帶有負電,它在電場中會向正極運動,凝膠中的空隙則起到了篩子的作用,使得DNA可以根據大小在凝膠電泳中得到區分。

如果DNA被Cas9蛋白質切開,那麼我們就可以看到兩條帶,否則就只有一條帶。馬丁進一步表明,Cas9蛋白質在嚮導RNA與DNA匹配的位置把DNA的雙鏈都切開了。重要的是,嚮導RNA和tracrRNA分子在切割完DNA之後並未發生變化,因此可以被Cas9重複使用。看到這些結果,我們意識到,我們澄清了這個DNA切割機器的幾個關鍵環節,包括化膿鏈球菌和嗜熱鏈球菌(以及其他含有類似CRISPR系統的細菌)中靶向識別噬菌體序列,進而摧毀噬菌體DNA的分子機制。DNA切割的三個關鍵成分是Cas9酶、嚮導RNA和tracrRNA。

Cas9酶究竟如何在RNA的指導下切割DNA?

這些結果令我倍感振奮,但與此同時,這也引出了一系列亟待解決的問題。為了理解Cas9酶究竟如何在RNA的指導下切割DNA,我們需要精確定位Cas9蛋白質中執行切割功能的區域。為了證明DNA切割的專一性,以及切割依賴於嚮導RNA與DNA序列的匹配,我們需要逐個鹼基地改變DNA序列,並表明當RNA-DNA匹配不夠完美的時候,切割就無法進行。要表明嚮導RNA和tracrRNA是如何工作的,我們需要對這兩種分子進行系統的缺失突變,找出真正必需的RNA片段。

為了回答這些問題,馬丁和剋日什托夫進行了辛苦的工作,但很快,一個清晰的畫面逐漸浮現出來。他們發現,Cas9蛋白質會錨定在DNA雙螺旋上,撬開DNA雙鏈,使CRISPR的RNA分子與DNA的一條鍊形成新的雙螺旋,然後,Cas9蛋白質使用兩個核酸切割模塊把DNA的雙鏈同時切開,製造出雙鏈斷裂。

事實上,Cas9可以鎖定並切割任何與嚮導RNA配對的DNA序列。打個比方,嚮導RNA的功能就像GPS可以指導Cas9精確定位到目標區域,即嚮導RNA和DNA配對的位置。Cas9是一個真正可以操作的核酸酶,我們可以定製設計該RNA分子,使它靶向鎖定任何DNA序列。有了包含20個鹼基的嚮導RNA,Cas9可以找到任何與其配對的DNA,並進行切割。

考慮到細菌與病毒在演化過程中鏖戰不休,Cas9的功能不難理解。配備了從CRISPR序列中轉錄出的RNA分子,Cas9可以在噬菌體基因組中輕易地找到與之對應的DNA區域。這是細菌的巡航導彈⸺針對病毒的DNA精確快速地實施打擊。

有了馬丁和剋日什托夫的實驗結果,我們就可以著手解決下一個問題了:如果細菌可以用Cas9蛋白質來切割特定的病毒DNA序列,那麼,我們是否可以用Cas9切割其他DNA序列,而不侷限於噬菌體?

馬丁和我清楚基因編輯領域的進展以及它的潛力,我們也知道鋅指核酸酶和TALEN的核酸酶的致命缺點。我們不無驚歎地意識到,我們已經誤打誤撞發現了一個新系統,它有望超越現有的基因編輯技術。要把這個微小的分子機器變成強大的基因編輯工具,我們還需要更進一步的實驗。

目前為止,我們把一個複雜的免疫系統還原成了幾個可以分離、修飾並重新組合起來的元件。此外,通過精細的生化試驗,我們理解了這些元件的功能,並推斷出了其分子機理。下一步,我們要做的是,確認可以改裝Cas9和嚮導RNA分子來靶向鎖定並切割任何DNA序列。這個實驗會真正展示出CRISPR的全部威力。這一步⸺改造CRISPR-Cas9分子機器⸺事實上包括了兩小步:產生一個想法,再用實驗驗證它。

首先是要有想法。馬丁向來一絲不苟,為了鑑定每一個鹼基對功能的影響,他系統地修飾了RNA分子⸺包括用於靶向鎖定DNA的嚮導RNA分子,以及把它和Cas9結合在一起的tracrRNA分子。有了這些知識,馬丁和我進行頭腦風暴,考慮如何把這兩種分子組合到一起。如果我們可以把一個分子的尾巴跟另一個的頭部融合起來,製造出雜合的RNA,如果可行,那會大大簡化該分子機器,兩條RNA分子⸺嚮導分子(CRISPRRNA)和協助分子(tracrRNA)⸺將合二為一。顯然,如果CRISPR要用於基因編輯,簡化的系統用途會更廣。

基於這個想法,我們設計了實驗。我們需要測試這個融合的RNA分子,並鑑定它是否依然可以指導Cas9切割對應的DNA序列。此外,我們的實驗還可以回答Cas9蛋白質是否真的可以切割任何DNA序列,而不只是針對噬菌體的基因片段。這時,我們意識到了這是一個重大突破,為了儘快完成實驗,我們並不想浪費時間尋找那些實驗室沒有的基因。

於是,出於方便,而不是偏好,我們決定使用一個來自水母的編碼綠色熒光蛋白質的基因,即GFP(GFP廣泛應用於世界各地的實驗室,用於示蹤細胞及其蛋白質成分)。馬丁在GFP基因裡選取了長度為20個鹼基的5段區域,並針對性地設計了5種配對的RNA分子。準備好了新的單鏈RNA分子之後,我們就把它們與Cas9蛋白質以及GFP基因放在同樣的DNA切割反應⸺現在,這個酶促反應已經成了常規實驗。

改寫生命密碼:諾獎所說的“基因剪刀”究竟是什麼?

CRISPR-Cas9催化的DNA切割是可以調控的。

然後,我們靜靜地等待著結果。當我們站在實驗室的電腦前,馬丁跟我細細講解GFP實驗數據的時候,我看到了一張漂亮的凝膠掃描圖。果然,所有的GFP基因都在預期的位點被切開了。每一條單鏈RNA分子都像預期的那樣工作了,在水母的GFP基因裡鎖定了預期的靶點,與Cas9合作完成了精確切割。

改寫生命密碼:新技術可以用來編輯任何基因組

我們做到了!在很短的時間裡,我們構建並驗證了一項新技術。在鋅指核酸酶和TALEN蛋白的研究基礎上,這項新技術可以用來編輯基因組⸺任何基因組,而不僅僅是噬菌體。利用細菌的第五種防禦系統,我們找到了改寫生命密碼的辦法。

那天晚上,我在廚房裡做飯的時候,腦海中仍然閃現著這些微小分子的圖像,它們在翩翩起舞:Cas9和嚮導RNA在細菌體內盤旋,尋找配對的DNA鹼基。忽然,我情不自禁地笑出聲來。細菌用這種方式來尋找並摧毀噬菌體,何其精妙!而我們能把這個如此根本的生物學過程改造並用於完全不同的目的,又是何其不可思議!這是一段純粹的歡樂時光,一段愉快的發現之旅⸺這種感覺,正像是多年之前我在赫姆斯實驗室的感受。

2012年6月,埃馬紐埃爾和剋日什托夫來伯克利參加一個學術研討會,這讓馬丁和我有機會跟他們再次團聚。說來難以置信,雖然我們的合作進展如此之快,我們的交流基本上都在虛擬世界。經過無數次電話、視頻和郵件討論,我們終於坐在我伯克利的辦公室裡,為這次短暫但成果豐碩的合作而感到驚歎。

埃馬紐埃爾和剋日什托夫這次來,是為了參加第五屆CRISPR研討會。這次會議共有來自世界各地二三十位研究人員參加,大多數來自食品科學和微生物學領域,因為當時CRISPR還沒有引起更大範圍科學同人的關注。從2002年到2012年,這個領域裡只有幾百篇文獻。不過,我們知道,情況很快會發生變化。這次會議可以說恰逢其時。一方面,我們可以跟其他同行交流工作進展;另一方面,過去的幾周,工作進展如此迅速,我們的精神高度緊張,我們也需要放鬆一下。完成了GFP實驗,我們決定讓這個項目儘快收官,完成一篇研究論文。

在馬丁和剋日什托夫即將完成實驗,異國他鄉的合作者啟程來伯克利之際,埃馬紐埃爾和我就動筆了。我們的論文主要集中於闡釋CRISPR在化膿鏈球菌裡對抗病毒的防禦機制,但是我們也想指出實驗結果的深遠影響。在論文的摘要部分,我們特地寫了一句話,指出了這種可以切割DNA的酶對於基因編輯的用處。

此外,在文章的結論部分,我們也點明瞭CRISPR在其他細胞類型中的應用潛力。提及了鋅指核酸酶和TALENs之後,我們總結道:“基於Cas9蛋白質和定製RNA,我們開發了一套新的方法,它在基因靶向定位和基因編輯上有極大潛力。”

2012年6月8日,一個明媚的週五,當天下午,我在電腦上正式向《科學》雜誌提交了論文。20天后,它在線發表了。

世界從此而不同⸺不僅對我和合作者而言,也不僅僅對生物學領域而言。然而,在那一刻,我昂揚的情緒蕩然無存,反倒感到從未有過的疲憊。我感覺自己好像在電腦前連續坐了好幾個星期了,於是站起身來⸺略感到一絲暈眩,踱步走出斯坦利樓。伯克利的校園綠意盎然,樓前圓形水池外的草地上空空蕩蕩。一個月前,春季學期結束了,往日熙熙攘攘的校園,現在安靜得似乎有點不尋常。當然,回頭來看,這不過是暴風雨來臨前的平靜。

作者丨[美]詹尼佛·A.杜德娜 賽繆爾·H.斯坦伯格

摘編丨安也

編輯丨羅東

導語部分校對丨劉軍

來源:新京報


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