2012年6月28日，Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier 在 Science 期刊发表论文【1】。揭示了 CRISPR-Cas9 的详细作用机制，并指出了其作为基因组编辑工具的潜力。此后，在张锋、George Church、亓磊、刘如谦等人的推动下，CRISPR基因编辑技术快速发展，成为最简单高效的基因编辑工具，在基因功能研究、药物靶点筛选、遗传疾病治疗、癌症研究、作物育种等领域取得了突破性成就。Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier 也在2020年获得了诺贝尔化学奖。
2022年，是CRISPR基因编辑技术诞生十周年，最近 Jennifer Doudna 分享了她对CRISPR在过去十年的看法，对CRISPR下一步发展方向以及如何实现这些目标的思考。
Jennifer Doudna 是加州大学伯克利分校教授，2020年诺贝尔化学奖得主，参与创立了 Intellia therapeutics、Caribou Biosciences、Mammoth Biosciences 和 Scribe therapeutics 等多家 CRISPR 应用与治疗公司。
以下内容来自 GEN Biotechnolgy 的 Julianna LeMieux 与 Jennifer Doudna 的对话（略有删节）。
问：你和 Emmanuelle 以及其他同事在 Science 发表的那篇里程碑式 CRISPR 论文已经过去10年了，在这过去的十年里，你觉得哪些是最好的，哪些又是最糟的？
Jennifer：最好的当然是科学研究，能够与这么多了不起的人一起工作是一个非常难得的机会。在我认识 Emmanuelle 以前，我在加州大学伯克利分校的同事 Jill Banfield 是最早发现 CRISPR 序列的研究人员之一，此后有很多人开始 CRISPR 研究。科学仍然是让我每天早上起床的动力，仍然让我感觉非常新鲜和兴奋。如果说到最糟糕，新冠大流行在我心中排第一，如果从中看到希望的话，那就是它把不同学科的科学家们聚集到了一起。我们也组建了团队开发基于 CRISPR 的检测工具。
问：2020年你获得诺贝奖后，除了加州大学伯克利分校送给你了停车位之外，你的生活还发生了哪些改变？
Jennifer：学校给我的停车位甚至不收钱，是不是不可思议？！在诺贝尔奖宣布后，很多我不认识的年轻科学家联系我，表示自己受到了鼓舞、感到兴奋、想学习更多，而且现在还在继续。因为获奖后不久就开始了新冠大流行，所以没法去斯德哥尔摩领奖，我实际上是在加州大学伯克利分校被授予的诺贝尔奖。
加州大学伯克利分校人多车位少，会给诺奖得主提供专用停车位，周成刚拍摄
问：你生活中典型的一天是怎样度过的？
Jennifer：今年我很少旅行。因此，几乎每天都待在实验室里，我花了大约一半的时间与实验室成员或合作者在一起，讨论科学、计划实验、检查数据、写文章。这也是让我觉得有趣和兴奋的。
至于另一半时间，我正在建设我们的研究所——创新基因组研究所（IGI），大约6年前，我们联合加州大学伯克利分校、加州大学旧金山分校和格莱斯顿研究所建立了创新基因组研究所（IGI），致力于将 CRISPR 用于医疗保健和应对气候变化的挑战。例如，我们正在进行一项用 CRISPR 治疗镰状细胞病的临床试验，这可能是目前唯一一个由非营利组织进行的 CRISPR 临床试验，我们正在前进的路上披荆斩棘，希望在将来能帮助更多人，并控制成本。在气候领域，我们组建了一个庞大的团队，其中包括来自加州大学戴维斯分校（世界上最好的农业大学之一）和我们领域的其他国家实验室的科学家，我们一起使用 CRISPR 对土壤微生物和植物进行改造，帮助它们适应气候变化。
问：你的实验室有哪些正在进行中的最令人兴奋的项目的？
Jennifer：我们在与 Jillian Banfield 实验室进行着积极合作。一直以来，我们对理解微生物中 CRISPR 的自然环境感兴趣。CRISPR 在微生物中到底做了什么？有多少种不同的 CRISPR 系统？我们最近关注的是由病毒编码的 CRISPR 通路，这非常有趣，因为 CRISPR 被认为主要是一种抗病毒系统。但现在看来，病毒已经捕获了 CRISPR 系统，反过来用它们对付竞争对手。另一方面就是应用，我们正在尝试弄清楚如何将 CRISPR 系统地送到特定的细胞类型中。无论是使用 CRISPR 来治疗疾病，还是用来改造植物应对气候挑战，将 CRISPR 系统递送到目标组织类型中的能力都是重中之重。要想实现这一点，需要在现有技术的基础上再努力，也需要寻找创新方法。我们还在研究病毒是如何做到这一点的，研究它们是如何将分子高效递送到其他微生物细胞或组织中的。
问：你最近在预印本bioRxiv发表的论文【2】，通过在Cas9包膜颗粒上展示抗体片段，将CRISPR系统递送到特定细胞中，你的实验室在递送方面投入了多少精力？
Jennifer：学生往往是下一个大事件的风向标。许多学生都知道下一个重大机遇和发现将在哪里，现在许多来我实验室学习的人都想从事递送方面的工作。看到这一趋势的发展是很有趣的，我认为这反映了整个基因编辑领域对于递送是新前沿之一的认可。这也不是什么新鲜事，长期以来，基因递送一直是一个挑战，但我认为人们现在重新燃起了兴趣，特别是当我们思考如何将基因组编辑系统和分子递送到不同的组织类型时。
问：现在越来越多的新的Cas酶被发现和改造出来，你觉得会有一天人们不再使用Cas9了吗？
Jennifer：在我看来，基因编辑工具箱和生活中的装着锤子、扳手和螺丝刀的工具箱没什么两样。要想精确的操纵基因有着不同的方法，当你需要纠正一个基因或改变蛋白质水平或对一个基因进行成像，这些不同的应用需要用到基因编辑工具箱中不同的工具。随着时间的推移，我们会看到这个工具箱不断扩大。在过去几年里，发现新的 CRISPR 系统、发现新的Cas酶，对旧的Cas酶进行改造，都在不断扩展基因编辑工具箱，这让我们对任何基因组进行任何类型的改变成为可能，其精确度和准确性有望推动基础发现、卫生保健和农业的重大进展。
问：转座子、碱基编辑和先导编辑等新的基因编辑工具不断出现，是否有一天我们的基因编辑工具箱里有足够的工具来做我们想做的一切基因编辑？
Jennifer：我认为这一时刻即将到来，但很难说具体是什么时候。我们对基因组进行改变和处理正在变得越来越容易，但将数以万计的 DNA 碱基定向整合进基因组中，现在还做不到，不过许多研究团队正在进行这种尝试。我认为，现在不断扩展的基因编辑工具可以进行越来越多的基因操作种类，这一点非常了不起。
问：CRISPR在治疗中的应用令人兴奋不已，你也参与创立了几家生物技术公司，在这个领域最让你兴奋的是什么，你认为还有哪些安全和监管问题需要解决?
Jennifer：最近有两方面的事情最让我兴奋，一是针对性地纠正单基因突变遗传病，例如镰状细胞病、囊性纤维化、肌肉萎缩症，甚至亨廷顿舞蹈症等神经系统疾病。如今，CRISPR 有能力治疗这些疾病，而挑战在于递送，这也是领域内正在推进的方向。就 CRISPR 技术而言，目前已经在镰状细胞病的临床试验中取得了非常了不起的结果，实际上参与临床试验的病人已经被治愈了。另一方面就是解决成本和获取的问题，这也是创新基因组研究所（IGI）的动力，我们已经解决了其中的一些挑战。
当我展望下一个10年的时候，我认为我们将会看到基因编辑的应用影响更广泛的人群。目前已经在使用 CRISPR 来预防可能导致心血管疾病的高胆固醇。如果它变得更更主流，将有巨大的潜力以积极的方式影响许多人。我想，在接下来的十年里，我们将会越来越多地看到 CRISPR 在预防保健方面的应用。
问：如何才能把 CRISPR 基因编辑疗法的价格降下来呢？
Jennifer：我们首先要知道是什么推动了高昂的价格，例如，在镰状细胞病的治疗中，其中主要的推动因素是递送策略。这是一种体外基因编辑疗法，患者必须在实验室中提取细胞并进行基因编辑，然后再重新输回体内，在此期间，需要6周的住院和随访。如果我们能避免这种复杂繁琐的递送策略，直接一次性输入基因编辑工具，让它们在体内编辑患者骨髓中特定细胞，而不需要所有的体外操作和骨髓移植，我觉得这将让事情变得不同。
这可以实现吗？我的答案是可以，但现在还不行，正因为如此，我们必须朝着这个目标前进。无论何时，一项新技术的出现，最初的试验往往都是昂贵的。但随着技术的进步和完善，许多公司将做出贡献，通过规模的扩大，成本也将随之下降。
问：你之前说过，CRISPR 可以影响的最大领域之一是农业，为什么这么说？
Jennifer：首先，我们都得吃饭，而且地球上的人越来越多，所以市场很大。其次，植物对我们的环境有巨大影响，这与我们的健康和生活方式密切相关。CRISPR在农业中的应用影响巨大，但这与在人类中应用CRSIPR有着不同的障碍，在农业中无需临床试验，但需要获得相应的批准。
如果我们在自然环境中使用CRISPR技术，就必须非常考虑应用的安全性和有效性。首先，我认为应对快速的气候变化是非常必要的，这些技术可以减少碳排放，并帮助农民在未来以碳中和的方式进行耕种。全球约25%的碳排放来自商业化农业，CRISPR可以在这个领域产生很大的影响。
问：创新基因组研究所（IGI）投入了大量资源研究CRISPR和农业，你决定聚焦农业是因为个人兴趣吗？还是说CRISPR正在朝着更普遍意义上的方向发展?
Jennifer：几年前，我们研究所就决定把重点放在农业应用上，这是因为我们认识到基因编辑对支撑农业的植物和土壤微生物的巨大需求和机遇的结合。我们研究所里有来自世界上最好的农业大学之一的加州大学戴维斯分校的科学家，与这些最杰出的植物生物学家和微生物科学家合作，是一个不容错过的机会。
问：我们已经看到了CRISPR在临床应用上的成功，CRISPR 在农业领域取得了哪些进展呢？
Jennifer：加州大学戴维斯分校的 Pam Ronald 教授，也是创新基因组研究所（IGI）成员，她的实验室一直在研究水稻，他们培育了一种天然抗旱水稻品种，目前已经被全球1000多万农民种植。她在 CRISPR 技术出现之前就开始了这项研究，花费了15年时间里完成了这个项目。而 CRISPR 技术要做的就是大大加速这一过程，我们可以使用 CRISPR 来研究和编辑所需的基因，加快基因筛选，创造出对现实世界产生影响的新型植物。CRISPR 就是摆在我们面前新机遇。
问：大约12年前，在CRISPR技术流行之前，你曾短暂离开学术界，在基因泰克担任高级职务，然后回到学术界。你为什么转到工业界，又为什么回来？
Jennifer：1994年，在耶鲁大学建立了自己的实验室，21世纪初，我加入了加州大学伯克利分校。到2009年时，我已经管理自己的实验室十几年时间了。我热爱科学，但当时我开始问自己，我所做的科研是否有影响力，我喜欢自己所做的工作，但我更希望它们能在某种程度上让世界变得更美好。
当我有机会去基因泰克时，我觉得这是一条值得探索的有趣的道路。然而，我很快意识到我真的很想念我的学术同事。而且，我也很重视不受公司里程碑限制的好奇心驱动的研究。这不是对基因泰克的负面评价，我认为他们是一个伟大的公司，但我也明白作为一家公司最终还是要赚钱的。因此，回到伯克利继续做科研对我来说更合适，我也很幸运，伯克利的同事们欢迎我回来。
问：你的实验室已经诞生了几家成功的 CRISPR 公司，你觉得成功的关键是什么？
Jennifer：这一切归根结底都源于喜欢在一起工作的优秀人才。我喜欢组建团队，我的实验室有很多乐趣，我们总在重建自己的实验室，一直有学生毕业，也一直有新人进来，我们就像在公司一样，一直在组建团队。这创造了一种文化，所有人专注一个或多个目标，围绕项目保持一致。我们需要伟大的公司来接受学术发现和创新，这些始于学术环境的发现和创新能够在公司中得以扩展。在创新基因组研究所（IGI），我们对支持企业家非常感兴趣，我们以慈善捐款的方式启动了几个项目，鼓励年轻企业家获得资金和空间，在那里他们可以发展自己的想法，创建一家公司，或者将他们的技术授权给现有的公司，我们对此感到自豪。
问：在你获诺贝尔奖后，有很多关于两位女性获得诺贝尔化学奖的影响的讨论，这是否带来了一些乐观情绪？
Jennifer：确实当时有很多女性（科学工作者）主动联系我，说她们被我获得诺奖这件事情感动了，让我很震惊。两位女性获得诺贝尔化学奖让她们兴奋不已，这对她们来说意义非凡。这对我个人来说也是非常鼓舞人心的。我回顾自己的经历，我感到非常幸运，在我的职业生涯中，既有男性导师，也有女性导师。但在某些方面，那些对我有启发的女性尤其鼓舞我。我认为这是很自然的，特别是当你是一个年轻人，考虑你未来的职业规划时，你会被和你有点像的人所鼓舞，能够对自己说我将来要成为那个人，这真的很有意义。在某种程度上，其他女性科学工作者从我获得诺贝尔奖中感受到了力量，她们会觉得，这就是将来的我。
问：创新基因组研究所（IGI）在两年前非常迅速地动员起来提供 COVID-19 检测，你认为IGI将在病毒检测和大流行预防方面发挥怎样的作用？
Jennifer：我们的团队能这么快地启动一个临床实验室，这让我感到非常自豪，这其中许多人都做出了贡献。自2020年初以来，我们的大楼里已经有了一个临床实验室，最近主要在进行COVID-19检测。现在，我们正在对基因组编辑的组织样本进行更多基于测序的分析，以支持我们正在进行的临床试验，并为CRISPR未来的医疗应用做准备。
在IGI新冠病毒检测实验室工作的研究人员
我们有一个了不起的实验室联盟，横跨旧金山湾两岸，开发CRISPR作为COVID-19的诊断工具，而且还可以适用于许多其他类型检测。在未来，我们可能不再需要这么多的新冠检测，我们将越来越多地转向其他类型的诊断测试，这将在很大程度上支持我们在研究所运行的项目。
问：在过去的10年里，有什么是你想要去改变的吗？
Jennifer：可能没有吧，这不是说过去十年里发生的一切都很棒，很多事情并不好，但所有经历都是旅程的一部分，这都是我和我的同事们共同走过的道路的一部分，无论是应对大流行，还是庆祝我们取得的科学成绩，还是培养下一代科学家，所有这些都塑造了我们现在的处境。在某些方面，我们能够在未来找到一个通向不同的和更好的诊断的道路，我们希望一切能够更好地为未来的大流行做好准备。
问：如果你能回到10年前，给自己一个建议，你会建议什么？
Jennifer：我估计会是“随他去吧”，我们每个人都会遇到挑战，但我在生活中发现，在某种程度上，要把这些挑战视为机遇。无论是让自己成为一个更好的人，从错误中学习并朝着新的方向前进，还是在成功时庆祝成功。当然，还要拥抱优秀的同事。我试着告诉自己要接受现实，把眼光放长远。事情总会有短期的挫折，但如果你一直盯着目标，这通常是一个可以保持士气并继续向前迈出下一步的好策略。
参考资料：
1.https://www.science.org/doi/10.1126/science.1225829
2.https://doi.org/10.1101/2022.08.24.505004
3.https://doi.org/10.1089/genbio.2022.29059.jdo
转自：“生物世界”微信公众号
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