“基因魔剪”背后的專利之爭(zhēng)：基因編輯“一哥”張鋒為何無緣諾獎(jiǎng)

　　北京時(shí)間2020年10月7日下午，諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)?wù)浇視?，加州大學(xué)伯克利分校教授詹妮弗·杜德納(Jennifer Doudna)和德國(guó)馬普感染生物學(xué)研究所教授埃馬紐爾·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)成為該獎(jiǎng)項(xiàng)歷史上第六、第七位女性獲得者，獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)明了一種基因組編輯的方法”。

　　諾獎(jiǎng)委員會(huì)說道，杜德納和卡彭蒂耶開發(fā)了基因技術(shù)中最銳利的工具之一：CRISPR-Cas9“基因剪刀”。利用這項(xiàng)技術(shù)，研究人員可以極其精確地改變動(dòng)物、植物和微生物的DNA。這將對(duì)生命科學(xué)產(chǎn)生革命性的影響，可以幫助研究者開發(fā)新的癌癥療法，并使治愈遺傳疾病的夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。

　　作為這項(xiàng)研究的先驅(qū)女性化學(xué)家，杜德納早在2012年就和另一位科學(xué)家卡彭蒂耶率先提出了CRISPR-Cas9用于基因組的可編程編輯，被認(rèn)為是生物學(xué)史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一。

　　2014年在波多黎各的一次研究會(huì)議上，卡彭蒂耶認(rèn)識(shí)了杜德納，隨后兩人一同開展研究。CRISPR-Cas9技術(shù)從默默無聞到如今獲獎(jiǎng)，為世界所關(guān)注，是對(duì)基礎(chǔ)科研工作的肯定，也是對(duì)兩位女性在化學(xué)領(lǐng)域所作出貢獻(xiàn)的肯定。

　　01、“魔剪”CRISPR-Cas9的前世今生

　　CRISPR是Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats(成簇規(guī)律間隔短回文重復(fù)序列)的首字母縮寫，為基因組DNA上的一段特殊序列，源于細(xì)菌及古細(xì)菌中一種獲得性免疫系統(tǒng)，能夠識(shí)別出入侵細(xì)菌的病毒，并通過一種特殊的酶破壞入侵病毒。

　　早在1987年，CRISPR就被日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，但直到杜德納和卡彭蒂耶開始研究，發(fā)現(xiàn)了一種名叫Cas9的蛋白，CRISPR才顯示出它作為基因組編輯工具的巨大潛力，在農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥和人類健康方面發(fā)揮著極大的功用。

　　2012年，杜德納和卡彭蒂耶在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了第一篇研究論文，提出兩人帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)純化了Cas9蛋白，首次在體外證明了使用Cas9的CRISPR系統(tǒng)可以切割任意DNA鏈，指出CRISPR在活細(xì)胞中有修改基因的能力。

　　科學(xué)家通過CRISPR可以高效、精確地改變、編輯或替換植物、動(dòng)物甚至是人類身上的基因，經(jīng)過改造的CRISPR技術(shù)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域。由于簡(jiǎn)單、廉價(jià)和高效，CRISPR已經(jīng)成為全球最為流行的基因編輯技術(shù)，被稱為編輯基因的“魔剪”。

　　02、CRISPR–Cas9如何運(yùn)作？

　　成簇、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列——CRISPRs中分布著細(xì)菌從侵入體內(nèi)的病毒上獲取的特殊DNA片段，用于對(duì)入侵病毒進(jìn)行基因標(biāo)記識(shí)別。

　　科學(xué)家如果想改變或去除一個(gè)基因，最先進(jìn)的方法，是定制一種能找到特定DNA位點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行切割的酶。每修飾一次基因，科學(xué)家都不得不設(shè)計(jì)一種新的蛋白，專門針對(duì)想要修飾的DNA序列。但杜德納和卡彭蒂耶意識(shí)到，Cas9蛋白——這種鏈球菌用于免疫防衛(wèi)的酶，會(huì)用RNA來引導(dǎo)自己找到目標(biāo)DNA。為了探測(cè)作用位點(diǎn)，Cas9-RNA復(fù)合物會(huì)在DNA上不?！皰呙琛?，直到找到正確的位點(diǎn)。

　　Cas9蛋白的每次掃描，都是在搜索同一段短小的“信號(hào)”序列。Cas9會(huì)附著到DNA上，檢測(cè)鄰近序列是否和充當(dāng)向?qū)У腞NA匹配。這種RNA叫做向?qū)NA(guide RNA，簡(jiǎn)稱gRNA)，而只有當(dāng)gRNA和DNA匹配時(shí)，Cas9蛋白才會(huì)對(duì)DNA進(jìn)行切割。

　　通過設(shè)計(jì)導(dǎo)向RNA，使之與細(xì)胞基因組的特定位點(diǎn)相結(jié)合，研究者們可以將Cas酶定位到他們感興趣的基因位點(diǎn)進(jìn)行切開，常用的Cas酶類型是Cas9.DNA切開將引發(fā)DNA的修復(fù)，從而使我們能夠?qū)@一興趣位點(diǎn)進(jìn)行精確編輯。

　　03、CRISPR-Cas9帶來的影響與倫理問題

　　CRISPR-Cas9被研究人員運(yùn)用在探索艾滋病、阿爾茨海默病、精神分裂癥等疾病的治療方法。利用CRISPR/Cas9技術(shù)，科學(xué)家可以對(duì)人造血干細(xì)胞進(jìn)行基因編輯，由此實(shí)現(xiàn)讓干細(xì)胞在動(dòng)物模型中長(zhǎng)期穩(wěn)定地重建造血系統(tǒng)，且其產(chǎn)生的外周血細(xì)胞具有抵御艾滋和白血病能力。

　　目前全球已有多個(gè)CRISPR-Cas9技術(shù)在臨床上的成功案例，中國(guó)科學(xué)家就曾利用CRISPR-Cas9完成了世界首例基于基因編輯干細(xì)胞治療艾滋病和白血病的案例。但隨著該技術(shù)將生物體的基因修飾過程變得相當(dāng)簡(jiǎn)單與廉價(jià)，研究人員和倫理學(xué)家甚至開始擔(dān)心，這會(huì)催生負(fù)面效應(yīng)的發(fā)生。此外，基因編輯潛在的基因脫靶風(fēng)險(xiǎn)也成為其臨床應(yīng)用的最大障礙。

　　杜德納對(duì)此表示：“科學(xué)的進(jìn)步不應(yīng)該因?yàn)閾?dān)心倫理問題而停滯不前，相反，基礎(chǔ)研究是非常重要的，能夠幫助科學(xué)家解釋很多根本性的問題。我總是希望我們科學(xué)家能夠以負(fù)責(zé)任的態(tài)度來推進(jìn)科學(xué)的發(fā)展?！?/p>

　　截至2020年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)共有185位獲獎(jiǎng)?wù)?，此前只?名女性，包括獲得物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)雙料諾獎(jiǎng)的居里夫人(瑪麗·居里)。如今杜德納和卡彭蒂耶的加入，使女性諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主增加到了7名。而令人遺憾的是，CRISPR-Cas9技術(shù)研究另一先鋒——華裔科學(xué)家張鋒教授與諾獎(jiǎng)失之交臂。而這背后還暗含著專利之爭(zhēng)。

　　2012年8月17日，夏彭蒂耶和杜德納合作在《科學(xué)》雜志發(fā)表了一篇研究論文，成功解析了CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理，首次在體外證明使用Cas9的CRISPR系統(tǒng)可以切割任意DNA鏈，指出CRISPR在活細(xì)胞中修改基因的能力。

　　7個(gè)月后，華人科學(xué)家、麻省理工學(xué)院教授、博德研究所資深研究員張鋒于2013年2月在《科學(xué)》雜志發(fā)表文章，首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)應(yīng)用于小鼠和人類細(xì)胞。

　　理論需要實(shí)踐來證實(shí)。張鋒不但首次實(shí)現(xiàn)了CRISPR在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的基因編輯，還就此申請(qǐng)并早于杜德納和卡彭蒂耶得到了專利。與后者不同，張鋒還申請(qǐng)了“適用專利加速審查機(jī)制”，適用程序的專利申請(qǐng)可在12個(gè)月內(nèi)獲批。2014年4月，美國(guó)專利商標(biāo)局(USPTO)批準(zhǔn)了張鋒所在的博德研究所的專利請(qǐng)求，其中包括多項(xiàng)廣泛涉及CRISPR-Cas9在真核細(xì)胞中進(jìn)行修改的基礎(chǔ)專利。

　　04、專利之爭(zhēng)

　　杜德納和加州大學(xué)伯克利分校隨即提出異議。加州大學(xué)伯克利分校表示，杜德納和卡彭蒂耶團(tuán)隊(duì)先于博德研究所提交專利申請(qǐng)，其專利申請(qǐng)的優(yōu)先日期是2012年5月25日，但由于博德研究所尋求了加速審核流程，后者被首先授予了一些重要專利。

　　2016年，杜德納和卡彭蒂耶團(tuán)隊(duì)向美國(guó)聯(lián)邦法院提起上訴，被駁回。此后該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)申訴，美國(guó)專利審判和上訴委員會(huì)(PTAB)介入，最后裁定博德研究所張鋒團(tuán)隊(duì)在其已獲準(zhǔn)的專利中，擁有將CRISPR系統(tǒng)用于真核細(xì)胞的“優(yōu)先權(quán)”，同時(shí)也肯定了杜德納和卡彭蒂耶團(tuán)隊(duì)是CRISPR基因編輯技術(shù)的關(guān)鍵發(fā)明者。

　　CRISPR的專利戰(zhàn)并未就此結(jié)束。2017年4月，加州大學(xué)伯克利分校再次提起上訴，申請(qǐng)撤銷PTAB的判決，博德研究所也就此提出訴訟，爭(zhēng)論持續(xù)到美國(guó)時(shí)間2018年9月10日，美國(guó)聯(lián)邦巡回上訴法院(CAFC)最終裁定麻省理工學(xué)院張鋒教授及其所屬的博德研究所擁有的CRISPR專利有效，維持了PTAB在2017年2月的判決。判決電子文件中表示，美國(guó)專利及商標(biāo)局認(rèn)為，博德研究所的發(fā)明與伯克利的申請(qǐng)涵蓋不同范圍，二者并不存在沖突。

　　加州大學(xué)伯克利分校并不認(rèn)可這一結(jié)果，提出“博德研究所只是使用常規(guī)現(xiàn)成的工具”、在植物和動(dòng)物中應(yīng)用CRISPR-Cas9的六個(gè)研究小組之一，并表示下一步可能“要求聯(lián)邦巡回區(qū)上訴法院重新考慮決定或向美國(guó)最高法院提出請(qǐng)?jiān)浮薄?/p>

　　裁定獲益方博德研究所則發(fā)表聲明說：“博德研究所和加州大學(xué)伯克利分校的專利和申請(qǐng)涉及不同的主題，因此不會(huì)相互干擾，除了訴訟之外，我們應(yīng)當(dāng)共同努力，確保這項(xiàng)變革性技術(shù)能夠廣泛、開放地獲取?！?/p>

　　轉(zhuǎn)自：21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道

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