科学网-张锋未获 2020 年诺贝尔化学奖随感-王凌峰的博文

张锋未获 2020 年诺贝尔化学奖随感

2020-10-8 17:49

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这篇博文试图简单讨论张锋为什么未获2020 年诺贝尔化学奖以及两点启示。估计很多这篇博文的读者和博主一样，不从事生物学领域研究，对基因编辑技术没有专业水平的了解，但基于一些事实，并不妨碍进行基本判断。以下资料来自百度，由于来源高度分散，甚至有些文字没有作者信息，博文也非专业论文，故未一一标注，表示感谢。

一、CRISPR基因编辑技术极简时间线

1963年，在著名的DNA双螺旋模型获得诺贝尔奖后一年，分子生物学家约书亚·莱德伯格预言，未来人类可以通过修改基因来治疗疾病。

1987年，日本学者Yoshizumi Ishino小组发现大肠杆菌的iap基因DNA序列是由许多被间隔分开的相同回文片段组成。无论从哪个方向观察，它们的碱基序列完全相同，但当时并没有从基因编辑的角度去思考，只是作为一个科学发现公开。

1993年，西班牙微生物学教授弗朗西斯·莫西卡（Francisco Mojica）在研究一种生存在盐碱环境的细菌时，发现其DNA存在独特重复的回文结构，能够抵抗病毒DNA侵入。后来，他陆续在20种细菌的DNA里面发现同样的回文结构，通过这种回文结构系统，细菌可以记忆入侵过的病毒，当该病毒再次入侵时，该系统会识别并切割病毒核酸，从而实现对病毒的免疫。莫西卡把这些独特的重复回文结构命名为——群聚且有规律间隔的短回文重复序列（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats）”，缩写为CRISPR。

2002年，荷兰学者Jansen等发现与CRISPR偶联的Cas蛋白。cas蛋白质可以切割DNA，且只在有CRISPR结构的基因组中存在。Jansen与Mojica将该系统命名为CRISPR-Cas系统。

2008年，荷兰学者Van der Oost小组发现有CRISPR结构的转录本会被Cas蛋白切割成crRNA小分子。

2010年，Moineau小组确认Cas9蛋白是介导靶序列切割所需的唯一蛋白。

2011年，Charpentier小组发现tracrRNA与crRNA序列匹配，可以在Cas9蛋白的帮助下招募RNaseⅢ对crRNA进行加工。他们的实验证实CRISPR实现基因编辑需要Cas9蛋白、crRNA、tracrRNA三个成分。

2012年，Charpentier小组和Doudna实验室合作，将tracrRNA与crRNA嵌合成一条单链sgRNA，只需sgRNA和Cas9蛋白即可靶向特定DNA序列，至此简单高效的CRISPRE-CAS9基因组编辑技术形成。8月，Doudna、Charpentier（杜德纳、卡彭蒂耶）在《科学》杂志上首次报道纯化Cas9蛋白在单链sgRNA引导下，几乎可以实现基因序列任何位置的切割。

2013年，张锋团队在《科学》杂志发文，报道将CRISPRE-CAS9基因组编辑技术成功应用于真核细胞，而真核细胞涵盖从小鼠到人类的细胞。与此同时，哈佛大学George Church实验室也完成类似工作。

由于CRISPR技术有望治愈诸多疾病，有着巨大商业前景，专利申请比赛实际上一般在论文投稿或者发表之前就已经紧锣密鼓地开始。2012年5月，杜德娜团队所在的加州大学伯克利分校向美国专利与商标局提交CRISPR专利申请。同年12月，张锋团队也提交申请。尽管申请时间上张锋团队比杜德娜团队晚了近7个月，但由于张锋团队缴纳70美元，选择专利快速审核通道，当然最关键的是张锋团队向专利局提交了比杜德娜团队更早做出实验的原始记录，因此张锋团队2014年4月获得美国专利与商标局关于CRISPR的第一个专利授权，张锋拥有在除细菌之外的所有生物，包括人身上使用CRISPR基因编辑技术的权力，商业前景极为广阔。杜德娜方面自然提起诉讼，2018年9月，历经5年，美国联邦巡回上诉法院（CAFC）宣布，将CRISPR基因编辑专利权授予张锋团队。

二、两个关键问题

1、Doudna、Charpentier与张锋的贡献分别是什么？大小如何？

杜德纳等在全球首次报道运用CRISPR-Cas9系统在活细胞中进行DNA编辑，但是没有在真核细胞中进行实验。

张锋团队则是全球首次将CRISPR基因编辑技术在真核细胞中得以实现，一般认为，他主导开发的lenti CRISPR v2是目前全球使用最广泛的CRISPR工具。在真核细胞中进行基因编辑是基因编辑临床应用必经之路。

总的来说，张锋的贡献当然很大，但更多的是技术层面，而非原理层面。

2、 诺奖采用三人规则，如果今年有第三个得奖人，会不会是张锋？

回答是也不太可能。

理由：

张锋没有获奖最可能原因未必是他不是原理发现者而是技术改良者。钱永健和Martin Chalfie获得2008年诺贝尔奖。2008年三名获奖者中，下村修是发现分离GFP（绿色荧光蛋白质）的人，而钱永健对下村修的发现进行改良，Martin Chalfie把GFP投入生物研究应用。钱永健作为改良者，同样可以获奖。张锋未能获奖，很可能的原因是诺奖目前限制得奖人数为三人。

张锋是mammalian cell CRISPR技术的最早一批开发者之一，George Church也是。实际上，两人相关论文在同一期Science上发表。目前诺奖不给四个人，所以只能理论贡献最大的Doudna和Charpentier得奖，否则张锋与George Church之间难以抉择。

类似理由可以用于解释为什么没有将同样有重大理论贡献的CRISPR技术发掘者和命名者，西班牙微生物学教授弗朗西斯·莫西卡Francisco Mojica、立陶宛维尔纽斯大学Virginijus Siksnys纳入本次得奖者名单。特别是Virginijus Šikšnys。2018年卡彭蒂耶、杜德纳和 Virginijus Šikšnys三人行，荣获2018年度卡弗里纳米科学奖，以表彰他们为CRISPR基因编辑技术作出的杰出贡献。当然，如果未来张锋团队在CRISPR技术的临床应用方面取得显著贡献，那么张锋还有机会获得诺贝尔生理与医学奖。

博主以为，理论研究重要，但大规模应用，治疗很多人的疾病，改变他们的命运，同样是诺奖级的贡献，正如屠呦呦一样。2020年3月，张锋团队完成世界上首个在人体内使用的CRISPR疗法，治疗Leber先天性黑矇病10（LCA10）。通过视网膜下注射，将基因编辑系统递送到感光细胞中，当感光细胞表达基因编辑系统时，gRNA指导的基因编辑可以消除或者逆转CEP290基因上致病的IVS26突变，从而改善感光细胞功能，为患者带来临床益处。另外，张锋已经获得多个国际学术大奖，如“小诺贝尔奖”加拿大盖尔德纳奖、加贝奖(Jacob and Louise Gabbay Award)、阿尔伯尼生物医学奖、唐奖等，已经得到学术界足够认可。张锋还持有CRISPR在真核细胞上应用的专利，商业前景巨大，所以张锋得诺奖当然是好事情，没有得，虽然有遗憾，但也已经得到足够认可。

三、两个启示

1、启示一：原创性论文，第一个发出来比发高影响因子期刊更重要

立陶宛维尔纽斯大学Virginijus Šikšnys很可能非常郁闷，因为明明投稿在Doudna和Charpentier之前，但运气太差，连续被两次拒稿，尽管有观点认为（请见评论区），Virginijus Šikšnys的工作与Doudna和Charpentier还有相当差距，但不可否认，也具有相当原创性，否则2018年度卡弗里纳米科学奖不会同时发给Doudna、Charpentier和Virginijus Šikšnys。

2011年或者2012年的某个时间，Virginijus Šikšnys论文第一次向Cell投稿，被拒，第二次向Nature投稿，又被拒，第三次向美国国家科学院学报PNAS投稿，终于被录用，但Virginijus Šikšnys的论文在PNAS公开发表时，已经比Doudna、Charpentier发表在《科学》杂志的论文晚了几个月。

不知道Virginijus Šikšnys有没有和俄罗斯数学家佩雷尔曼一样，先在预印本中提交论文，以确保优先权，比如生物学著名的bioRxiv预印本。

由于期刊评审慢，而且很可能被拒稿，从而使得发表周期延长，因此，为了争夺优先权，最佳策略是首先在具有DOI编码的预印本中提交论文，再投稿，甚至可以先向能够以最快速度发表的普通期刊投稿，先公开发表，公开发表后，再向业界权威推介自己的工作，以最大可能确保优先权。

2 启示二：学术界需要更好地保护优先权的新型论文发表系统

博主以为，Virginijus Šikšnys事件其实再次暴露出期刊作为一种论文发表系统，越来越难以适应互联网时代快速发表论文的要求，严重情况下，甚至直接导致宝贵优先权的丧失。实际上，科学史上类似例子并不少。

相比之下，博主提出的“论文在线评级平台”比期刊更适合互联网时代快速发表原创性工作的要求，能够最大程度保护优先权，感兴趣的读者可访问：

http://blog.sciencenet.cn/blog-67942-1232243.html