作者:Emmanuelle Charpentier 来源:《自然》 发布时间:2016/5/19 14:07:22
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聚焦“基因剪刀”奠基人的科研历程

 

Emmanuelle Charpentier 图片来源:Peter Steffen/DPA/PA

我并未改变,我也不会变。我成为了能让自己站在这里的科学家。

除了电脑,Emmanuelle Charpentier的办公室一无所有。但穿过走廊,她的实验室里人来人往。6个月前,Charpentier搬到德国柏林。她用几周时间就重新开始研究工作,但别的事情她决定暂缓行动。“我们都决定尽可能快地开展研究。”她说。

Charpentier的工作间也是其科学生涯的折射——她似乎总是搬家,以便保证科研能继续进行。现年48岁的她在过去20年间曾供职于5个不同国家的9个研究所。“我总是需要自己‘白手起家’。”她说。但Charpentier在法国巴黎巴斯德研究所的博士生导师Patrice Courvalin说:“她的资源非常丰富,她甚至能在荒岛上建一个实验室。”

流动的生活方式似乎没有阻碍这位微生物学家的研究。Charpentier因基因编辑技术CRISPR-Cas9而闻名于世。该技术变革了生物医学研究人员操作和理解基因的能力。

到今年,她已经获得10项久负盛名的科学奖项,并正式出任德国马普学会感染生物学研究所所长。2013年,她与同事联合创立了基因疗法公司“CRISPR治疗”。在获得巨大成功的同时,Charpentier也深陷关于CRISPR-Cas9技术的专利之战中。

但聚光灯下的生活并不适合Charpentier。“法国哲学家Jean-Paul Sartre曾说,获奖会让你转变成机构。我只是试着继续工作,并保持脚踏实地。”她似乎做到了。近日,Charpentier在《自然》杂志发表了一篇论文,揭示了一个被证明比CRISPR-Cas9更有效的CRISPR系统的机制。

Charpentier在同事眼中是一个热情、谦逊和有紧迫感的人。“她是一个身材娇小的人,但意志力坚强。”CRISPR 治疗首席执行官Rodger Novak说。

推动医学发展

在巴黎附近的一个小镇长大的Charpentier有一个明确的目标:推动医学发展。父母支持她的理想,但没有给她任何指导。Charpentier也曾学习钢琴和芭蕾舞剧,但她更倾向学习医学,并最终走上生命科学研究道路。

从巴黎第六大学本科毕业后,她决定在附近的巴斯德研究所攻读博士学位。她的博士项目包括分析细菌DNA片段。这些片段游弋在基因和细胞间,使耐药性得以传播。

Charpentier回忆道,自己的部门在这所历史悠久的研究所里是“年轻和有趣的”部分。她喜欢在圣热纳维耶芙图书馆学习,“我认为已经找到了自己的天地。”她说。

Charpentier希望能在巴斯德研究所建立一个实验室,于是,她选择到国外进行博士后研究,以积累经验。“我是一个典型的上世纪90年代法国学生。我计划在短暂留学后,一直在祖国工作。”

后来,她选择到美国洛克菲勒大学微生物学家Elaine Tuomanen的实验室工作,致力于研究肺炎双球菌。这种微生物是肺炎、脑膜炎和败血症的主要致病菌,与运动遗传因子有特殊的单向转动关系。

Charpentier进行了一系列艰苦实验,以找出病原体如何监控和阻止相关元素,以及如何抵抗万古霉素。一开始,她对要前往遥远的纽约感到恐惧,但到达洛克菲勒大学后,她发现自己没那么恋家。

之后,她又来到田纳西州孟菲斯市,并进入纽约大学皮肤细胞生物学家Pamela Cowin的实验室。在那里,Charpentier开始接触哺乳动物基因。Cowin记得Charpentier是她第一个不需要时刻照看的博士后。“她能按计划工作。她努力、严谨和细致。”她说。

很快,Charpentier就发现,制作转基因小鼠比操纵细菌更难。她花费两年时间,撰写了一篇控制毛发生长的论文。从此,她渴望开发出一款更好的遗传编辑工具。

在纽约完成了另一个博士后项目后,Charpentier意识到自己需要更独立并回到了欧洲。而在美国的经历让她更认同自己是欧洲人,而非仅是法国人,于是她选择了奥地利维也纳。2002年,她来到这里的一所大学,并依靠不算稳定的短期经费运行了一个小实验室。

“我必须自力更生。”她说。然而,“我想要理解细菌的每个生化过程是如何被规定的”。最终,她揭示了小RNA分子在基因调节方面的重要性,并开始了针对各类细菌的不同项目。Charpentier保证了持续获得经费。

反其道而行之

Charpentier也是在维也纳开始关注CRISPR的。在21世纪初,这是一个颇有前途的领域:只有少量微生物学家关注这个新发现的名为CRISPR的DNA长链。通过复制入侵基因的DNA,并将其插入细菌的延伸部位,在该病毒再次入侵时,细菌能识别出这种病毒,并攻击病毒切下其DNA。不同的CRISPR系统有不同的组织进攻方式;当时所有已知的系统都包含CRISPR RNA。

Charpentier希望能识别出化脓性链球菌基因囊产生调控RNA的位点。于是,她与马普学会感染生物学研究所分子微生物学家J?觟rg Vogel展开合作。Vogel开发出大比例描绘基因RNA的技术。他赞同描绘化脓性链球菌,并到2008年测序了这种细菌产生的所有微小RNA。

研究人员首先注意到,这种名为“反式激活CRISPR RNA(tracrRNA)”的微小RNA的丰富性。从其在基因中的序列和位置,研究人员发现它很有可能涉及一种之前并未被描述的CRISPR系统。

Charpentier和同事开始大量研究该系统,并发现它只有三大构成部分:tracrRNA、CRISPR RNA和Cas9蛋白质。这令人惊讶:“其他CRISPR系统只包含一个RNA和许多蛋白质,没人想到会有两个RNA。”Charpentier说。

该系统还异常简单,Charpentier意识到有一天它可能成为有力的基因编辑工具。如果这些成分能被控制,CRISPR可通过剪下坏DNA并用正确的序列替换它,直接修复有缺陷基因。

但该CRISPR系统是如何工作的?Charpentier怀疑这两个RNA可能相互作用,直到Cas9蛋白质进入到病毒中的特定DNA序列。这一理论是激进的,该类型的研究一般主要研究蛋白质而非RNA。但Charpentier“总是寻找意想不到的东西”,Tuomanen提到,“她是一个反文化人”。

行走在路上

Charpentier回忆道,说服她的年轻学生跟着她的直觉走,并完成检测RNA是否相互作用的主要实验非常困难。最终,维亚纳大学硕士研究生Elitza Deltcheva自告奋勇接受了这项工作。

到2009年6月,Charpentier再次搬家。她认为自己需要寻找更多支持。“我需要能集中精力到大的好项目中。”她说。于是,她来到经费相对充足的瑞典Ume?覽微生物研究中心。这里的极夜让她忘了时间,更专心研究。

2009年夏天,她仍往返于奥地利和瑞典。这时,Deltcheva告诉她,实验有了结果。“我非常非常开心。”Charpentier说。Vogel则认为这是“一个紧张时刻,我站在路边,讨论什么时间发表论文最合适”。

之后在2011年的美国微生物学会会议上,Charpentier遇到了加州大学伯克利分校的结构生物学家Jennifer Doudna,Charpentier立刻就被她迷住了,“从第一眼看到她,我就喜欢上了她的干练。”

两位女科学家开始了合作,进入了CRISPR系统研发的第二个关键阶段——Cas9如何剪切DNA,随着其背后的秘密被解开,研究人员发现这一系统确实可以用于靶向基因组,修改序列,这一技术也开始像旋风一样,席卷了世界各地的各大实验室。

之后,Charpentier作出两项重要的决定。首先就是她最初的梦想——为推动医学做点什么。她联系了巴黎一家医药公司赛诺菲,尝试共同组建公司,探索人类疾病的基因治疗方法。就此CRISPR治疗成立了。

第二个决定是她搬到德国,成为汉诺威医学院的一位教授,并最终进入了马普学会,专心致力于基因调控的基础研究。

回顾过去,Charpentier感叹她的生活也许本来不需要如此艰难,现在有许多资助帮助年轻的研究人员创立自己的独立实验室,虽然她已经部分实现了最初的梦想,但她的脚步并未就此停止,“我并未改变,我也不会变。我成为了能让自己站在这里的科学家,这也是我希望成为的科学家。”她说。

但还是有一些东西已经发生改变了,Charpentier不再是局外人:她已经成为CRISPR“小圈子”快速扩展后的权威人士,无数的团体邀请她去演讲,而她不断想做的事情就是继续报告一些完全不同却很重要的发现,她说,“对此我已经作好了准备”。(来源:中国科学报 张章)

 
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2016/10/7 18:17:10 匿名
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