基因魔剪背后的专利之争基因编辑一哥张锋为何无缘诺奖

Vicky 2024年05月09日 14:20 0

“基因魔剪”背后的专利之争：基因编辑“一哥”张锋为何无缘诺奖？

北京时间2020年10月7日下午，诺贝尔奖化学奖正式揭晓，加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳和德国马普感染生物学研究所教授埃马纽尔·卡彭蒂耶成为该奖项历史上第六、第七位女性获得者，获奖理由是“发明了一种基因组编辑的方法”。

诺奖委员会说道，杜德纳和卡彭蒂耶开发了基因技术中最锐利的工具之一：CRISPR-Cas9“基因剪刀”。利用这项技术，研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。这将对生命科学产生革命性的影响，可以帮助研究者开发新的癌症疗法，并使治愈遗传疾病的梦想成为现实。

作为这项研究的先驱女性化学家，杜德纳早在2012年就和另一位科学家卡彭蒂耶率先提出了CRISPR-Cas9用于基因组的可编程编辑，被认为是生物学史上最重要的发现之一。

2014年在波多黎各的一次研究会议上，卡彭蒂耶认识了杜德纳，随后两人一同开展研究。CRISPR-Cas9技术从默默无闻到如今获奖，为世界所关注，是对基础科研工作的肯定，也是对两位女性在化学领域所作出贡献的肯定。

01、“魔剪”CRISPR-Cas9的前世今生

CRISPR是Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats的首字母缩写，为基因组DNA上的一段特殊序列，源于细菌及古细菌中一种获得性免疫系统，能够识别出入侵细菌的病毒，并通过一种特殊的酶破坏入侵病毒。

早在1987年，CRISPR就被日本科学家发现，但直到杜德纳和卡彭蒂耶开始研究，发现了一种名叫Cas9的蛋白，CRISPR才显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力，在农业、生物医药和人类健康方面发挥着极大的功用。

2012年，杜德纳和卡彭蒂耶在《科学》杂志上发表了第一篇研究论文，提出两人带领的团队纯化了Cas9蛋白，首次在体外证明了使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链，指出CRISPR在活细胞中有修改基因的能力。

科学家通过CRISPR可以高效、精确地改变、编辑或替换植物、动物甚至是人类身上的基因，经过改造的CRISPR技术被广泛应用于农业和生物医药领域。由于简单、廉价和高效，CRISPR已经成为全球最为流行的基因编辑技术，被称为编辑基因的“魔剪”。

02、CRISPR–Cas9如何运作？

成簇、规律间隔的短回文重复序列——CRISPRs中分布着细菌从侵入体内的病毒上获取的特殊DNA片段，用于对入侵病毒进行基因标记识别。

科学家如果想改变或去除一个基因，最先进的方法，是定制一种能找到特定DNA位点并对其进行切割的酶。每修饰一次基因，科学家都不得不设计一种新的蛋白，专门针对想要修饰的DNA序列。但杜德纳和卡彭蒂耶意识到，Cas9蛋白——这种链球菌用于免疫防卫的酶，会用RNA来引导自己找到目标DNA。为了探测作用位点，Cas9-RNA复合物会在DNA上不停“扫描”，直到找到正确的位点。

Cas9蛋白的每次扫描，都是在搜索同一段短小的“信号”序列。Cas9会附着到DNA上，检测邻近序列是否和充当向导的RNA匹配。这种RNA叫做向导RNA，而只有当gRNA和DNA匹配时，Cas9蛋白才会对DNA进行切割。

通过设计导向RNA，使之与细胞基因组的特定位点相结合，研究者们可以将Cas酶定位到他们感兴趣的基因位点进行切开，常用的Cas酶类型是Cas9.DNA切开将引发DNA的修复，从而使我们能够对这一兴趣位点进行精确编辑。

03、CRISPR-Cas9带来的影响与伦理问题

CRISPR-Cas9被研究人员运用在探索艾滋病、阿尔茨海默病、精神分裂症等疾病的治疗方法。利用CRISPR/Cas9技术，科学家可以对人造血干细胞进行基因编辑，由此实现让干细胞在动物模型中长期稳定地重建造血系统，且其产生的外周血细胞具有抵御艾滋和白血病能力。

目前全球已有多个CRISPR-Cas9技术在临床上的成功案例，中国科学家就曾利用CRISPR-Cas9完成了世界首例基于基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病的案例。但随着该技术将生物体的基因修饰过程变得相当简单与廉价，研究人员和伦理学家甚至开始担心，这会催生负面效应的发生。此外，基因编辑潜在的基因脱靶风险也成为其临床应用的最大障碍。

杜德纳对此表示：“科学的进步不应该因为担心伦理问题而停滞不前，相反，基础研究是非常重要的，能够帮助科学家解释很多根本性的问题。我总是希望我们科学家能够以负责任的态度来推进科学的发展。”

截至2020年，诺贝尔化学奖共有185位获奖者，此前只有5名女性，包括获得物理学奖和化学奖双料诺奖的居里夫人。如今杜德纳和卡彭蒂耶的加入，使女性诺贝尔化学奖得主增加到了7名。而令人遗憾的是，CRISPR-Cas9技术研究另一先锋——华裔科学家张锋教授与诺奖失之交臂。而这背后还暗含着专利之争。

2012年8月17日，夏彭蒂耶和杜德纳合作在《科学》杂志发表了一篇研究论文，成功解析了CRISPR/Cas9基因编辑的工作原理，首次在体外证明使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链，指出CRISPR在活细胞中修改基因的能力。

7个月后，华人科学家、麻省理工学院教授、博德研究所资深研究员张锋于2013年2月在《科学》杂志发表文章，首次将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于小鼠和人类细胞。

理论需要实践来证实。张锋不但首次实现了CRISPR在哺乳动物细胞中的基因编辑，还就此申请并早于杜德纳和卡彭蒂耶得到了专利。与后者不同，张锋还申请了“适用专利加速审查机制”，适用程序的专利申请可在12个月内获批。2014年4月，美国专利商标局批准了张锋所在的博德研究所的专利请求，其中包括多项广泛涉及CRISPR-Cas9在真核细胞中进行修改的基础专利。

04、专利之争

杜德纳和加州大学伯克利分校随即提出异议。加州大学伯克利分校表示，杜德纳和卡彭蒂耶团队先于博德研究所提交专利申请，其专利申请的优先日期是2012年5月25日，但由于博德研究所寻求了加速审核流程，后者被首先授予了一些重要专利。

2016年，杜德纳和卡彭蒂耶团队向美国联邦法院提起上诉，被驳回。此后该团队继续申诉，美国专利审判和上诉委员会介入，最后裁定博德研究所张锋团队在其已获准的专利中，拥有将CRISPR系统用于真核细胞的“优先权”，同时也肯定了杜德纳和卡彭蒂耶团队是CRISPR基因编辑技术的关键发明者。

CRISPR的专利战并未就此结束。2017年4月，加州大学伯克利分校再次提起上诉，申请撤销PTAB的判决，博德研究所也就此提出诉讼，争论持续到美国时间2018年9月10日，美国联邦巡回上诉法院最终裁定麻省理工学院张锋教授及其所属的博德研究所拥有的CRISPR专利有效，维持了PTAB在2017年2月的判决。判决电子文件中表示，美国专利及商标局认为，博德研究所的发明与伯克利的申请涵盖不同范围，二者并不存在冲突。

加州大学伯克利分校并不认可这一结果，提出“博德研究所只是使用常规现成的工具”、在植物和动物中应用CRISPR-Cas9的六个研究小组之一，并表示下一步可能“要求联邦巡回区上诉法院重新考虑决定或向美国最高法院提出请愿”。

裁定获益方博德研究所则发表声明说：“博德研究所和加州大学伯克利分校的专利和申请涉及不同的主题，因此不会相互干扰，除了诉讼之外，我们应当共同努力，确保这项变革性技术能够广泛、开放地获取。”