基因编辑

10月7日，举世瞩目的2020年诺贝尔化学奖揭晓：法国科学家埃玛纽埃勒·沙尔庞捷(Emmanuelle Charpentier)和美国科学家珍妮弗·杜德纳(Jennifer A. Doudna)，以表彰她们在“开发基因组编辑方法”方面作出的贡献。

基因组编辑方法指的就是这几年在生命科学领域炙手可热的CRISPR-Cas9技术。

其中，CRISPR是Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats(成簇规律间隔短回文重复序列)的首字母缩写，为基因组DNA上的一段特殊序列。

这种序列实际上是细菌及古细菌的一种获得性免疫系统。它的功能是“记住”曾经入侵细菌的外源DNA、质粒和噬菌体，并在它们再次入侵的时候切断他们基因组，使其无法进行复制和表达。而Cas是一种蛋白，全称是CRISPR-associated，也就是“和CRISPR相关的蛋白”。这种蛋白起到“剪刀”的作用，负责识别并剪切DNA。

这次拿奖的是目前研究最成熟、应用最火热的Cas9蛋白，所以这项技术全称为CRISPR-Cas9。

在CRISPR-Cas9之前，生命科学界已经有基因编辑方法比如ZFN和TALEN技术(具体技术细节可以查看本站文章《斩获诺奖，再掀热潮 基因编辑到底是什么?》)。

但相较前两者，CRISPR-Cas9来源于自然机制，不需要太多人工设计，简便易用的同时，解决了基因研究最大的痛点成本，使得研究人员可以真正做到“想剪几次剪几次、想剪哪里剪哪里”。

因此，作为成功在2012年解析了CRISPR/Cas9工作原理的人，沙尔庞捷和杜德纳获奖可谓实至名归。即便如此，对于这次的获奖者，外界仍然有少数争论出现。

争论集中在一个人身上，那就是基因编辑领域“一哥”、美国华人天才科学家张锋。很多人认为，张锋的成就可以和沙尔庞捷和杜德纳平分秋色，分享今年的诺贝尔奖。

从对CRISPR-Cas9技术的贡献和在这个领域的贡献来看，这个说法不无道理，但诺奖不授予他同样也有合理解释。与此同时，针对这项技术，张锋和本次获奖者之间还有一段至今未解的恩怨。

首先介绍一下张锋其人。

他于1982年出生在河北省石家庄市，1993年随家人移民来到美国，并在读高中时候开始对生命科学研究产生极大的兴趣。

2004年，张锋在哈佛大学获得化学与物理学学士学位，然后在短短5年后，年仅27岁的他就拿到斯坦福大学化学及生物工程博士学位。

2011年他加入麻省理工学院，在其下属的博德研究所(Broad Institute)从事科研工作。就是在这个地方，他开展了对基因编辑的研究，并取得重大突破。

2013年，在沙尔庞捷和杜德纳革命性的论文发表1年后，他就发表研究称，成功将CRISPR-Cas9用在了真核细胞内，使这项本来还是新生事物的技术一下子成了基因编辑领域炙手可热的新星。

依靠这项成就，他在2014年被《自然》杂志评选为2013年年度十大科学人物之一，并在2016年被汤森路透评为2015年全世界19位最具影响力的科学家之一，同年登上《时代周刊》封面，被称为“下一代领导世界的人”。

与此同时，他还成为麻省理工史上最年轻华人终身教授。

可以看出，这就是一个天才科学家的开挂故事。不过遇到诺贝尔奖后，这一路顺风顺水的经历终于被2件事打断了。

首先是在诺贝尔奖的落选。

关于张锋该不该得奖，认为他应该得奖的人，主要是因为这一点：他首先在真核细胞内成功应用了CRISPR-Cas9技术，证明其可以用在哺乳动物细胞上，而这才是后来CRISPR-Cas9大范围实用化的真正基础。

和其他所有科学技术一样，CRISPR-Cas9技术的发明不是一蹴而就的。事实上，早在1987年，日本科学家就在大肠杆菌的基因体发现了CRISPR序列。之后，这一研究在不怎么被关注的情况下持续进行了几十年，也一直在进步。

到2011年，伊利萨·德尔切瓦(Elitza Deltcheva)发表在《自然》的论文已经发现，CRISPR-Cas9技术和4种物质有关：Cas9蛋白、crRNA、tracrRNA与RNase III。当时他并没有搞清楚tracrRNA的作用，但是距离最终结果只差最后一步。

结果在次年，最后一步由沙尔庞捷和杜德纳完成了。在《科学》的重磅文章中，她们确认了CRISPR-Cas9技术需要的物质以及机制，其中RNase III是不需要的，而Cas9起到剪刀作用，crRNA用来定位，tracrRNA启动切割。这一成果相当于为CRISPR-Cas9的理论大厦贴上了最后一块瓷砖。

但问题在于，她们的研究只是最终完成了理论确立工作，至于能否实用、实用到什么程度，尤其是能否用于动植物以及人类身上?这一步是由张锋团队完成的。

在2013年发表于《科学》的文章中，他完成了关键一步在真核细胞中使用CRISPR-Cas9技术，“证明了Cas9核酸酶可以被短RNA诱导在人和小鼠细胞的内源性基因组位点上精确切割”。换句话说，他证明了CRISPR-Cas9是能用且实用的，为后续这项技术的大规模应用打下了基础。

自此，近年来生命科学领域最耀眼的技术正式宣告诞生，杜德纳、沙尔庞捷、张锋三人，也被人们称为CRISPR“三巨头”。

从对这项技术的贡献来看，张锋是不逊色于本次2位诺贝尔奖得主的。

但是，这次他没能入选奖项，其实也说得过去。

首先，从过去的经验看，诺贝尔奖评选更注重基础研究方面的成果，更注重有高原创性的理论研究。如果是技术应用，则需要比较大的突破才能入选。因此张锋在这方面居于劣势。

其次，从贡献上看，多颁一个奖给张锋也未尝不可。然而，在张峰2013年发出那篇突破性文章的同时，哈佛大学遗传学家乔治·彻奇(George Church)也发表了一篇成功证明CRISPR-Cas9技术应用在哺乳动物细胞的文章，而且就发在同一期《科学》上。(这点存在争议，放在后面讲)

这就尴尬了，因为如果要提名张锋，那么也不应该落下彻奇，但那样就有4个人获奖了。而诺贝尔奖规定，1项奖项最多有3个人获奖。那么就只能将杜德纳、沙尔庞捷和张锋、彻奇分开了。

前面说过，有2件事给他顺利的人生添了堵。如果说诺贝尔奖是为了“名”，那么第2件事就是为了“利”。这件事就是他和本次诺贝尔奖得主杜德纳关于CRISPR-Cas9技术归属的专利之争。

如果说只是一项奖项，大家还可以云淡风轻，那么涉及到钱的问题，双方的争端就激烈了起来。双方争端历经数年未决，期间几经波折，甚至还发生过关键人物“反水”这种剧情。

可能很多人有疑问，这项技术不是公认由沙尔庞捷和杜德纳完成研究的吗，张锋有什么资格去争?别急，这里面存在一些门道。

2012年6月，杜德纳发表论文，按照惯例，她提前了一点，在5月就向专利局提交了申请。之后，张锋团队争分夺秒，也在2012年10月向《科学》投稿，并于次年发表。他同样提前了一些，在2012年12月就申请了专利。

值得一提的是，2013年，张锋和杜德纳实际上有过一段“蜜月期”。2个掌握这项技术最核心知识的人，拉上前面提到的彻奇和另一位哈佛大学教授，成立了一家叫Editas Medicine的基因编辑公司。

然而双方关系很快破裂了。

2014年4月，张锋所在的博德研究所获得了关于CRISPR的第1个专利授权。

或许有人又要问了，明明是杜德纳先来的，为什么会变成这样呢?

首先，在申请专利时，张锋团队缴纳70美元，利用了美国专利申请的快速审核通道。而杜德纳团队不知道是对自己太有信心，还是把事情交给不懂事的实习生去办，并没有利用这一机制。

其次，张锋在申请专利的过程中钻了一个小空子，也是导致这场争端的核心问题。前面说到，他是第1个完成真核细胞CRISPR-Cas9试验的人。他机智地利用了这一点，通过司法解释，将CRISPR-Cas9的应用和CRISPR-Cas9技术本身剥离开来，申请的是前者的专利权。

而他最后也获得了“真核细胞或任何有细胞核的物种中使用CRISPR”的专利权，这基本上就垄断了CRISPR的使用专利，毕竟基础实验都做完了，谁还去做细胞体外实验啊?

显然，杜德纳对这个结果不会服气。同年，她和张锋决裂，离开Editas Medicine创办了名为Intellia Therapeutics的公司。并在之后通过加州大学的名义，针对张锋钻的空子提起了上诉。

她表示，技术是她参与发明的，张锋仅仅是把技术扩展到了真核细胞，这是“显然”的事情，张锋的发明是他们的发明的显然应用，构成专利干扰。

对此，张锋回应，从CRISPR技术诞生到在真核细胞上应用并不是显然，因为杜德纳自己在真核细胞实验时就遇到了很多问题。

这里其实是杜德纳被抓了“小辫子”，因为她自己在公开场合接受采访时说过“techniques for making these modifications in animals and humans have been a huge bottleneck(在将这种技术应用于修改动物和人类基因时遇到了很大瓶颈)”、“it was not known whether such a bacterial system would function in eukaryotic cells(还不知道这种细菌系统能不能用在真核细胞)”这样的话。

此外，张锋团队声称其从2011年初开始的CRISPR基因编辑研究，在2011年2月就有了真核细胞CRISPR基因编辑技术的概念设计，是不依赖于杜德纳研究成果的独立研究。

基于以上几点，美国专利及商标局驳回了杜德纳一方的上诉。

事件至此，理论上来说应该告一段落了，然而一封邮件又给事情带来波折。

2015年，北京大学、清华大学和北京生命科学研究所联合培养项目的博士生、经北京大学教授饶毅推荐进入张锋实验室的林帅亮给杜德纳发去邮件，在谋求职位的同时，披露了一些“内幕”。

2016年，杜德纳一方将信件内容公开，里面林帅亮提到，张锋和丛乐(张锋当时的博士生)的实验数据是被误读和夸大的，“像一个笑话”，并透露研究所只有自己懂CRISPR。张锋是在看到杜德纳的论文后，才从TALEN转向CRISPR的研究，并非独立研究。

杜德纳一方以此再度提出了上诉，结果张锋方面又拿出了反制证据。

博德研究所很快拿出一堆邮件“打脸”林帅亮，内容包括2011年8月张锋向其介绍Cas9相关方面信息、2011年10月张峰向其解释tracrRNA的重要性以及2011年11月其承认由于未能完全遵循张锋等人设计的实验计划操作而导致了部分实验的失败等。于是，杜德纳一方寄予厚望的“王牌”失效了。

此外，张锋团队的科研能力也非常强，自CRISPR-Cas9发明以来，其一半重大突破都出自张锋之手。与此同时，他宣布对学术界开放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。此举基本上奠定了他在这个领域的地位。

此后杜德纳一方又多次提起上诉，但是均失败了。最新进展是，今年9月10日，专利审判和上诉委员会裁定博德研究所依然拥有在真核细胞中使用原始CRISPR系统的专利优先权。

但是很显然，杜德纳一方不会就此放弃。

靠着手上的大把专利，张锋一边可以说是财源滚滚。2016年，开张仅3年的Editas Medicine就登上了纳斯达克。在此之前，他们还获得了大量的投资，投资人包括谷歌和比尔·盖茨。

虽然在专利上吃亏，但杜德纳和沙尔庞捷在高级学术奖励上频频收获，2015年2人获得了有豪华版诺奖之称的“科学突破奖”，2016年，2人再获阿尔珀特奖，2020年，2人又同获沃尔夫奖。直到2020年10月7日，2人共同获得科学界最高奖诺贝尔奖。

这就是失之东隅，收之桑榆吧。