CRISPR奠基人获沃尔夫奖,张锋再次陪跑,诺奖还有戏吗?

  来源:本文综合自BioWorld及未来论坛微信公众号

  2020年1月14日,沃尔夫科学艺术奖获奖名单公布,沃尔夫奖具有终身成就性质,是世界最高成就奖之一,我国科学家袁隆平屠呦呦曾获沃尔夫奖。2020年度的沃尔夫奖生物学奖授予了CRISPR基因编辑的两位奠基人 Jennifer Doudna 和 Emmanulle Charpentier,同为CRISPR基因编辑奠基人之一的张锋,此次未能一同获奖。

  这是继2015年科学突破奖、2016年阿尔珀特奖之后,第三次世界顶级大奖未能授予张锋

  2015年, Jennifer Doudna 和 Emmanulle Charpentier 共同荣获生命科学突破奖

  2016年, Jennifer Doudna 和 Emmanulle Charpentier 等人共同荣获阿尔珀特奖当然,除此之外,2016年唐奖生技医药奖、2016年加拿大盖尔德纳国际奖,这两项大奖,均是张锋  Jennifer Doudna  Emmanulle Charpentier 共同获得。

  最早将CRISPR基因编辑技术应用于哺乳动物和人类细胞的华人科学家张锋,可以说是如今最炙手可热的生物科学家,近几年更是年年被视为是诺贝尔奖热门人选

  如今,张锋接连错失大奖,这让我们对他最终能否问鼎诺贝尔奖打上了大大的问号

  CRISPR基因编辑三巨头2012年8月17日,詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)和埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)合作,在 Science 杂志发表了基因编辑史上的里程碑论文,成功解析了CRISPR/Cas9基因编辑的工作原理。

  2013年2月15日,张锋在 Science 杂志发表了,首次将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于哺乳动物和人类细胞。

  自此,近年来生命科学领域最耀眼的技术正式宣告诞生,杜德娜卡彭蒂耶张锋三人,也被人们称为CRISPR三巨头

  三巨头在CRISPR基因编辑领域接连取得重要进展,发表了大量重磅论文。由于CRISPR基因编辑技术在疾病治疗疾病检测遗传育种等领域有着巨大优势和前景,三巨头分别成立公司,开始CRISPR基因编辑的商业化应用张锋率先创建了Editas Medicine公司,詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)创建了Intellia Therapeutics公司,埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)创立了CRISPR Therapeutics公司,这三家公司均已上市。

  如今三家公司均在CRISPR基因编辑治疗遗传病领域取得了许多突破,张锋Editas Medicine已开始基因编辑治疗先天性黑蒙症10型的临床试验。卡彭蒂耶CRISPR Therapeutics公司,在CRISPR基因编辑治疗β地中海贫血镰状细胞病这两种罕见遗传病的临床试验中也取得了非常好的效果。

  三巨头间的恩怨情仇

  以下内容作者为:鬼谷藏龙1、CRISPR的发现2003年,西班牙微生物学家弗朗西斯科·莫伊卡(Francisco Mojica)给Nature杂志投了个论文,惨遭拒稿。后来这篇论文又相继投递给了《美国科学院院刊》《分子微生物学》以及《核酸研究》等一系列期刊,但也都遭到了冷落。原因无它,因为这个研究结论实在是太奇怪了。
莫伊卡在论文中指出,细菌和古菌当中广泛存在一种免疫机制,可以记住之前感染过它们的病毒的基因特征,从而展开针对性的防御,大有“同一个招式不能对圣斗士用两次”的意思。在当时人们的观念中,这些单细胞的细菌、古菌何德何能有这种厉害的免疫系统?
直到2005年,莫伊卡的研究成果才被个比较一般的学术期刊《分子演化杂志》所接收。从此以后,一个新的术语开始进入了人们的视野——“规律成簇间隔短回文重复”(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats),简称CRISPR弗朗西斯科·莫伊卡(Francisco Mojica),成为CRISPR系统的第一个发现者。在随后五六年里,CRISPR犹如一个吸引无数玩家参与的拼图游戏,一块又一块的拼图碎片被世界各地的玩家拼接到位。

  终于在2011年,属于CRISPR的最后一块关键碎片被埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)拼了上去。她的论文昭示了CRISPR作为基因编辑工具的实力,或许近在眼前了

  2、技惊四座的CRISPR

  不久之后,埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanulle Charpentier)在美国微生物学学会上,遇到了詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna),令人一见如故,开始合作。

  仅仅一年之后,她们发现并证实来自化脓链球菌的spCas9蛋白的CRISPR系统,最适合做基因编辑工具,并用它成功编辑了大肠杆菌基因。CRISPR进军基因编辑领域的第一枪,就此漂亮打响。

  3、捷足先登的张锋此时,一位来自麻省理工学院的年仅30岁的华人科学家敏锐地意识到了CRISPR的光辉前景,他的名字,叫做张锋

  张锋的科研生涯可谓开挂,在哈佛大学读本科期间,师从于国际著名显微成像大牛,差一点拿诺贝尔奖的大神庄小威。读博时,师从国际著名神经学技术大牛卡尔·戴塞尔罗斯,卡尔正是光遗传学的开创者,而光遗传学拿诺贝尔奖只是时间问题

  卡彭蒂耶杜德娜的论文发表后半年,张锋Science杂志发表论文,将CRISPR/Cas9基因编辑成功应用到了哺乳动物和人类细胞,张锋成了第一个用CRISPR/Cas9编辑哺乳动物细胞基因组的科学家。

  如果说卡彭蒂耶杜德娜发现了一座金矿,那么张锋就相当于是最先找到了这个金矿中的金子。如果按照学术界谁先发现就归谁的惯例,CRISPR/Cas9的发现,就成了一笔糊涂账。


4、名与利之歌:专利的游戏一开始,张锋连同杜德娜等人合伙创建基因编辑公司——Editas Medicine,没过多久,杜德娜等人就和张锋等谈判破裂杜德娜单飞出去办了一家名为Intellia Therapeutics的公司。两个阵营关于CRISPR/Cas9的专利之争,摆上了台面。按理说,杜德娜和卡彭蒂耶发表论文在先,申请专利也比张锋他们早得多,优势很大。但这愣是被张锋团队一套组合拳给破功了。首先,张锋团队借助一系列司法解释把CRISPR的专利拆成了好几十份,从法理上把“金子”和“金矿”的所有权分了开来,然后又花钱走了专利审核的“快速通道”,让他们的专利比杜德娜的更早获得通过。最后,他们还巧妙运用了美国时任总统奥巴马的一些新政策,提出这个专利的有效性要基于“谁先完成研究”而非“谁先申请专利”,为此张锋瞬间掏出了过去两年的详细实验记录,明明白白地记录着他早在杜德娜的论文发表之前就已经走在了她的研究进度之前


此外,张锋果断宣布对学术界开放CRISPR/Cas9基因编辑的专利,只要研究不是出于商业目的,就可以随意免费地使用。不仅如此,他还把自己的研究资源放到公共库Addgene中,免费分发于天下,一举赢得了整个学术界的支持


更重要的是,张锋团队很快就把CRISPR/Cas9玩出了花——自2013年至今,张锋发的论文之多足可用排山倒海来形容,随便哪一篇开拓这一片科研新天地。自CRISPR/Cas9发明以来,其一半重大突破都出自张锋之手,剩下的也多少用到了张锋免费分发的科研资源,几年下来,张锋在基因编辑领域一哥的地位几近无可撼动。2014年,美国专利商标局(USPTO)批准了张锋所在的博德研究所的专利请求,来自加州大学的上诉也在2016年被悉数驳回。5、失之东隅、收之桑榆

  在专利上吃亏的卡彭蒂耶杜德娜,在高级学术奖励上频频收获,2015年她俩就获得了有豪华版诺奖之称的“生命科学突破奖”,2016年,两人再获阿尔珀特奖,2020年,两人又同获沃尔夫奖

  如果说CRISPR最终能获得诺奖青睐,那么卡彭蒂耶杜德娜的入选几乎是板上钉钉,而张锋就比较悬了。

  6、神仙打架,技术得利


科学家们争来争去,其实也是因为CRISPR/Cas9造福于人的无限潜力。作为定点破坏基因方面最强大也最便宜的“特务”,CRISPR/Cas9大大降低了修改基因,尤其是动物基因的成本与技术门槛。张锋等人掀起的那一股编辑动物基因的风潮,正前所未有地席卷全球各地的实验室


现在,任何科学家想要研究一个动物基因,只需大手一挥:“给我把这个基因敲了!”“给我把那段DNA序列塞到这个基因里!”不消半年,就能“定制”一批基因修饰动物出来做研究。当年砸大钱问公司买动物模型的历史,已经一去不复返。

  中科院的科学家利用CRISPR/Cas9技术制作的基因敲除猴。在CRISPR/Cas9技术发明以前,制作基因敲除的灵长类几乎是不可想象的事情。

  将CRISPR/Cas9用在医疗上的尝试也已不鲜见:基因编辑临床试验越来越多,有许多已取得非常好的治疗效果,CRISPR基因编辑技术的出现,让人类攻克遗传病变得触手可及,人类从未像今天这样距离摆脱遗传限制如此之近。

  附:沃尔夫奖获奖全名单

  这是沃尔夫奖第 42 次颁发。本年度奖项发给了来自美国、英国、法国、俄国、西班牙和以色列等 6 个国家的 9 位候选人。

  以色列总统鲁文·里夫林与获奖者合影。图源:MARK NEYMAN/GPO

  物理学奖

  2020 年沃尔夫物理学奖授予麻省理工学院的 Pablo Jarillo-Herrero 教授、德州大学奥斯汀分校的Allan H。 MacDonald 教授和 Rafi Bistritzer 博士,以表彰他们在扭转双层石墨烯方面开创性的理论和实验工作

  “For pioneering theoretical and experimental work on twisted bilayer graphene。”

  三人在 “魔角石墨烯” 上的理论和实验工作为新一代材料和技术奠定了基础。约 2 年前,麻省理工学院研究人员实现了石墨烯叠层的 “神奇角度”,证明了双分子层石墨烯(一种由两层原子厚度的碳轻微扭曲而成的材料)可以表现出超导和绝缘的交替结构,被称为 “魔角” 双层石墨烯的概念顿时大火起来。值得一提的是,中国天才少年曹原也参与了这个领域的开创性工作。基于 “魔角石墨烯” 的一系列发现,有望在未来应用到诸如能源、电子、环境科学和计算机产业等领域。

  麻省理工学院塞西尔和艾达·格林物理学教授Pablo Jarillo-Herrero曾获得奥利弗·E·巴克利奖(2020),该奖项也被认为是凝聚态物理学的最高奖项。2014年“神童”曹原加入他的课题组,2018年团队因发现让石墨烯实现零电阻导电的方法开创了物理学一个全新的研究领域,也破解了一个107年的难题。

  在11月16日举办的2019未来科学大奖科学峰会上他带来主旨演讲“Magic Angle Graphene: the twist and shout of quantum materials”,他指出组成物质的粒子间有强烈的相互作用,电子在晶格中的跳跃被认为是导致高温超导体产生的原因,其可应用于人类生活的各个领域。另外,人们已经能够使用超冷原子在费米·哈伯德模型中证明反磁铁性,但困难的是必须冷却到极低的温度才能达到这个区域,为此科学家们一直在努力探索。在未来,石墨烯可应用于超导量子计算,进一步拓展量子计算机学,但更先进的研究还需要更多的研究人员在基础科学上下功夫。

  医学奖

  2020 年沃尔夫医学奖授予美国加州大学伯克利分校的 Jennifer Doudna 教授,和马克斯普朗克感染生物学研究所的法籍科学家 Emanuelle Charpentier 教授,以表彰她们在革命性基因编辑技术 CRISPR 领域的开创性工作

  • Jennifer Doudna

  “通过RNA指导的基因组编辑揭示细菌免疫的药物革命机制。”

  “for revealing the medicine-revolutionizing mechanism of bacterial immunity via RNA-guided genome editing。”

  • Emanuelle Charpentier 

  “解密和重新利用细菌CRISPR / Cas9免疫系统进行基因组编辑。”

  “for deciphering and repurposing the bacterial CRISPR/Cas9 immune system for genome editing。”

  两位获奖者引领了探索革命性基因编辑工具 CRISPR-Cas9。作为近年来科学领域的热门,CRISPR 技术通常被称为“基因魔剪”,它可以干预细胞的遗传活性,即改变、修复或去除基因。

  CRISPR/Cas9系统最早发现于细菌中,是细菌为了对抗病毒入侵而使用的一套类似于免疫系统的防御机制。詹妮弗·杜德娜(Jennifer Doudna)和艾曼纽尔·夏彭提耶(Emanuelle Charpentier)通过合作研究,将CRISPR/Cas9从细菌防御机制拓展成为跨物种应用的基因编辑工具。这项技术的横空出世,让科学家可以高效、精准地干扰细胞的遗传活动——即改变、修复或移除特定的基因。这项技术在全世界范围内的分子生物学实验室得到极其广泛的使用,在临床治疗领域也进入了早期试验阶段,有望为某些不治之症提供新的治疗策略。

  随着越来越多的科学家在 CRISPR 上付诸心力,这项新兴技术近年来也得到迅猛发展,科学家们希望能够利用这项技术进行疾病治疗,预计今年会有不少临床实验数据的公布。例如,总部位于波士顿的 Editas Medicine 公司正在进行一项临床试验,已经开始使用 CRISPR 技术治疗一种罕见的遗传性眼病。

  数学奖

  2020 年沃尔夫数学奖授予斯坦福大学的 Yakov Eliashberg 教授,和伦敦帝国理工学院与美国西蒙斯几何与物理中心(SCGP)的 Simon K。 Donaldson 爵士,以表彰他们在微分几何和拓扑中作出的巨大贡献

  “for their contributions to differential geometry and topology。”

  Yakov Eliashberg 现年74岁,是辛拓扑和接触拓扑的创始人之一,这是一门起源于与经典动力学定性问题的数学语言有关的学科,与现代物理学有着深厚的联系。辛拓扑和接触拓扑的出现是过去四十年来数学研究中最惊人的长期进展之一。Eliashberg 则是这些发展中的主要贡献者。

  Yakov Eliashberg在1989至1992年的系列论文中塑造现代接触拓扑的面貌,引入了现在广为使用的数学语言。后来,他又开创辛域论(symplectic field theory)的基础,并在辛拓扑与切触拓扑中发现许多惊人的同伦原则,促使他解决许多悬而未决的开放性问题。沃尔夫奖给Yakov Eliashberg的颁奖词是:“Yakov Eliashberg教授因为其在辛拓扑与切触拓扑中的奠基性工作,在偏微分关系同伦原则和多维复分析中的贡献工作而被授予沃尔夫奖。”

  现年63岁的Simon Donaldson 则是在 4 – 流形和规范场理论方面有着奠基性的工作,曾成功融合了来自全局非线性分析、拓扑、代数几何和物理的创新,尤其是他近来在辛几何和 Kähler 几何学方面的工作。

  Simon K.Donaldson以运用物理学来解决数学问题而闻名,他使用杨-米尔斯方程解决了凯勒流形中的许多问题,改变了人们对于辛几何的理解。沃尔夫奖给Simon K.Donaldson的颁奖词是:“Simon K.Donaldson教授因为过去35年来在几何学的领导作用而被授予沃尔夫奖自从他在4-流形和规范场理论方面的基础性工作以来,他的研究已经成为了融合来自全局非线性分析、拓扑、代数几何和物理的新想法的独特结合。他最近在辛几何与凯勒几何方面的工作尤其引人注目。”

  农业奖

  2020 年沃尔夫农业奖授予了英国约翰·英纳斯中心的 Caroline Dean 教授,以表彰其在植物开花时间控制和春化现象的表观遗传基础方面的开创性发现

  “for pioneering discoveries in flowering time control and epigenetic basis of vernalization。”

  英国著名植物科学家 Caroline Dean (卡洛琳·迪恩)因其在 “植物记忆” 上的重要研究而获奖。了解植物的记忆机制和温度感应机制,可以帮助农民在不断变化的环境条件下控制某些农作物的开花和萌芽。Dean 的工作不仅对农业有影响,对整个生物学领域都有推动作用。 

  沃尔夫农业奖是与世界粮食奖齐名的农业领域重磅奖项,此前曾有两位华人获此殊荣:植物激素专家、台湾科学家杨祥发教授(1991年), “杂交水稻”研究专家袁隆平院士(2004年)。

  注:春化现象(指很多开花植物需经过严冬低温才会开花的现象)

  艺术奖

  2020 年沃尔夫艺术奖授予美国的艺术家 Cindy·Sherman授奖理由是“用相机重新定义艺术”

  “for redefine the concept of art made with a camera。”

  如果要提这世上最会自拍的人,第一个就会想到辛迪·谢尔曼(Cindy Sherman)。在迄今40多年的摄影生涯中,谢尔曼几乎所有重要的作品都是自拍照。她以“化装自拍”摄影风格著称,其融入概念艺术且具有表演性的肖像自拍作品,在拍摄手法上颠覆了传统摄影强调的纪实性,开拓了摄影的更多可能性。

  辛迪·谢尔曼(Cindy Sherman,生于1954年)是过去几十年来最重要、最有影响力的艺术家之一。评审团的评选由来自国际知名博物馆的资深策展人组成,他们的意见一致。多年来,谢尔曼的作品已在世界主要博物馆的数十个个展和团体展览中展出。它们可以在博物馆和私人收藏中找到。谢尔曼获得了无数奖项和奖项,以表彰她作为一名杰出、原创和有意义的创作者所取得的杰出成就。谢尔曼的表演动作由她的相机记录下来。她在镜头前变形,同时对不断变化的当代文化的价值进行了批判性反映。谢尔曼的作品强调性别和年龄话语,回顾艺术和流行文化的历史,五十年来,辛迪·谢尔曼重新定义了具有开创性的相机所创造的艺术概念

  谢尔曼的摄影的魅力之处在于她揭示了时代的秘密,既批评了我们,又吸引了我们,启发了我们。

  她作品受到了令人难以想象的欢迎。1987年,惠特尼美术馆迫不及待地为她举办了个人回顾展。“回顾”者,一般都是垂垂老矣功成名就的艺术家,而她年仅33岁,如此年轻的她就这么被“回顾”了,而且被艺术制度“回收”了。纽约现代艺术博物馆以100万美元购买了她的《无题电影剧照》系列。

  1999年,年仅45岁的她被美国《艺术新闻》杂志评为“20世纪最有影响的25位艺术家”之一,获得与杜尚、沃霍尔、劳森伯格这些艺术家同等的荣誉。而在同年,她的单幅作品《无题96号》在佳士得创造了当时摄影作品交易的最高纪录389.05万美元。

  沃尔夫奖

  沃尔夫奖是1976年1月1日,R。沃尔夫(Ricardo Wolf)及其家族捐献一千万美元成立了沃尔夫基金会,其宗旨主要是为了促进全世界科学、艺术的发展。

  沃尔夫奖主要是奖励对推动人类科学与艺术文明做出杰出贡献的人士,每年评选一次,分别奖励在农业、化学、数学、医学和物理领域,或者艺术领域中的建筑、音乐、绘画、雕塑四大项目之一中取得突出成绩的人士。

  其中以沃尔夫数学奖影响最大,因为诺贝尔奖中没有数学奖,而菲尔茨奖虽有影响,但只授予40岁以下的年轻数学家,唯有沃尔夫奖在全世界范围以获奖者一生的成就来评定,因此,沃尔夫数学奖堪称数学领域的诺贝尔奖。华人数学家陈省身和丘成桐分别于1984年和2010年获此殊荣。

  根据统计,沃尔夫物理奖,化学奖和医学奖的获得者中,有三分之一的人获得了相关领域的诺贝尔奖,因此沃尔夫奖在这些领域,尤其是在物理和化学领域,其影响力仅次于诺贝尔奖。先后获得沃尔夫物理奖和诺贝尔物理奖的科学家有肯尼斯·威耳孙、利昂·莱德曼、马丁·刘易斯·佩尔、皮埃尔-吉勒·德热纳、约瑟夫·胡顿·泰勒、南部阳一郎、小柴昌俊等。1978年,美籍华人、物理学家吴健雄获得此奖;美籍华人科学家钱永健先后获得过沃尔夫医学奖和诺贝尔化学奖。

  沃尔夫奖具有终身成就性质,是世界最高成就奖之一,每个奖的奖金为10万美元,可以由几人分得。

  今年的获奖者将于 6 月 11 日在耶路撒冷参加颁奖仪式。

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