张锋 打造基因界“夏洛克”

王艳

这一成果有望给基础研究、传染病诊断治疗等带来革命性影响

美国时间4月13日，华人科学家张锋及其broad研究所同事James collins以共同通讯作者的身份在《Science》发表论文，声称CRISPR除了“基因魔剪”身份外，还是一种高效、简便、低廉的分子诊断工具。这一成果有望给基础研究、传染病诊断治疗等带来革命性影响。

当天，张锋作为联合创始人的美国生物医药公司股价上涨了4.33%。早在两个月前，美国生物医药公司的股票已经大涨一次。那次大涨，源于一场至今仍是生物医药界热门谈资的专利之战。那场专利战中，在中国度过童年时光、高中时便荣获Intel大奖、刚过而立之年不久的張锋，带领其团队获得CRISPR技术核心专利，并将以发现CRISPR-Cas9的里程碑式成果载入生物学史册，也因此成为诺贝尔奖的大热门。

五年前，一种名为“CRISPR-Cas9”的DNA编辑技术横空出世，催生了无数实验和上千篇论文的发表。技术成熟后，这种被《连线》杂志称为“创世纪引擎”的基因组编辑技术在专利申请以及商业化道路上引发争议无数。

2012年，美国加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna团队及瑞典于默奥大学的研究者Emmanuelle Charpentier首次阐明通过细菌提供Cas9酶在体外定向切割DNA的靶位点，并于当年5月提交了专利申请。

2013年，张锋所在的Broad团队也在《Science》发表了相关论文，且于2012年12月向USPTO提交了CRISPR可以用于人类细胞的专利申请，并通过支付一笔费用而获得了美国FDA的快速审核通道，比Jennifer Doudna团队率先获得CRISPR专利。

2015年4月，对此后来居上不满的Jennifer Doudna团队向USPTO提出了针对CRISPR专利归属的干预程序。

经过无数场唇枪舌剑和各式材料的提交，2017年2月16日，美国专利审判与上诉委员会作出裁决，判定张锋与Broad研究所继续保留CRISPR专利权。

当天，持有CRISPR专利独家许可的美国生物医药公司股票在交易收盘时上涨了29%。

而这次，张锋提出的新系统与CRISPR-Cas9有本质上的区别，它使用的酶是Cas13a。早先的Cas9靶向切割的是DNA，而Cas13a靶向的则是RNA；而且Cas9在切割完特定片段后就会失活，但Cas13a则在切割目标RNA后，还会继续去切割遇到的其他RNA。

早在2016年6月，张锋就在《Science》杂志上介绍了这个“奇怪而疯狂”的酶，但当时，正如Jennifer Doudna教授提出的质疑一样，“如果想要让Cas13a顺利地与特定RNA结合，样本中至少需要数百万RNA分子，因此，使用Cas13a其实达不到许多基础研究和临床应用所需要的灵敏度。”

后来，张锋在James Collins教授的帮助下，放弃常规的PCR复制DNA手段，改用RPA，大大加快了扩增的速度，再加上不需要温控设备，打造出真正便携式的快速DNA扩增技术，将这套系统的灵敏度增加到阿摩尔级（aM，10的负18次方摩尔每升）。如此，Cas13a进化成了一个新系统。

它具有无可比拟的优势：能制作成检测试纸，方便运输和储存，将成本降到61美分；检测速度大大加快，通常一个小时即能完成；能准确鉴别出仅相差一个碱基的两种遗传序列。

当然，想象力还不止于此，科学家们列举了可以运用SHERLOCK的一些任务：在几小时内检测出患者血液或尿样中寨卡病毒的性状；区分出非洲和美国寨卡病毒不同的遗传序列；辨识出特定类型的细菌，如大肠杆菌；检测出耐药基因；模拟脱细胞DNA片段中的癌症突变；从唾液样本中快速读取人类的遗传信息以判断是否有患上心脏病之类疾病的风险。

SHERLOCK应用范围广泛，如何商业化是研究人员普遍关心的问题，Collins教授说，他们目前正在积极的探索中，很可能会成立一家公司来实现这个目标。而SHERLOCK什么时候能够正式进入市场，还需要技术的继续完善和FDA等机构的监督和认可。