剪刀
在韩春雨口中,那是一个虽然不乏术语,却漫长而精彩的故事。基因编辑技术,是一种能改变活细胞基因结构的技术,在这种技术下,个体的基因组如同Word上的文档,可以被随意地复制、粘贴、更改与修正景观画匠。自问世以来,这项技术在生命科学的各个领域得到了广泛的应用,也引发了伦理学上最激烈的讨论——人类是否有权力去改变人类的基因,这是不是对自然的一种僭越?
回想起来,自双螺旋结构被破译以来,像编辑文章一样编辑那些A、C、G、T组成的生物体,就成了人类最大胆的梦想之一。在自然界的活细胞中,对基因的编辑并不罕见,我们的免疫系统就能够识别出入侵的病毒,然后派出一种特殊的酶把病毒切成碎片,再把某些碎片整合到自己的系统中,从而刺激自我更好地识别病毒⋯⋯问题在于,是否能够精准地控制这种操作,使之为我们所用,而且,这种技术最好是廉价的,普通的大学实验室可以支付得起的。
要成为一个基因编辑的工具,最核心的是一把能够定向切割基因的剪刀。目前的主流基因编辑方法叫CRISPR,这个词是“聚集的规律插入间隔回文重复”的缩写。它的核心便是那种“可以对包含任何已知24至48个核苷酸目标物的DNA进行可定位灭除的导向能力”的CRISPR。在楼下那间放着茶具的实验室中,韩春雨提到,他也曾在CRISPR上耗费了半年时间,那是2013年,当时的基因编辑技术几乎是刚刚出现。他在CRISPR上跟风式的尝试大多以失败告终,促成了这样的思考:作为一个设备和规模都不如别人的实验室,自己要不要去跟风?
“我当时就有愿望,想去发现一个新的基因编辑工具。从CRISPR上受到启发,我觉得,在单细胞或者多细胞的简单生物中,他们的免疫系统应该都有一种或者几种可以用作基因编辑的工具(基因剪)。”他找过CRISPR所需的Cas家族,但那些尝试都没成功,“因为那个系统过于复杂了。”
然后,他谈到了这次新发现的功臣——那个名叫Agonaute的蛋白,他亲切地简称那些蛋白为Ago(阿勾)。“我们注意到了阿勾家族,这个家族非常有意思,它能进行基因剪切,人们最为熟知的阿勾是一种跟人类有关的AGO2,它们在RNA沉默复合体中负责剪切。”他说,“我当时看到过另外一篇文章,是用生物信息学方法分析显示,阿勾也有可能作用于DNA景观画匠。”
2014年2月的一天,他看到《自然》杂志上的一篇论文,文中,荷兰人范德欧斯特证明了,阿勾可以做DNA的剪切。不过,文章中提到的那种阿勾蛋白,必须在70度高温的条件下才能起效,当时大部分人认为,要使用阿勾作为基因编辑工具,只有去改造这种蛋白,让它们在常温状态下起效。
“范德欧斯特是我很敬重的一位前辈,然而,我知道他走错路了。”韩春雨说,“他们关注的那个酶是在70度左右才正常工作,这是经过了漫长的进化才形成的,你想把它转回去(让它们在常温下工作),这是件逆着进化的事情,该有多艰难?我当时就觉得,他们必然要被我甩到后面⋯⋯这是哲学景观画匠。”在国内外各大资源丰富的实验室纷纷投入精力去改造阿勾蛋白时,这位在中国非著名高校的普通实验室工作的年轻人,深信着自然界肯定存在一种可以在常温下起效的阿勾。利用范德欧斯特文章中的TtAgo,再加上很好用的免费工具BLAST,他的学生高峰手动地去比对全球最大的公开基因数据库NCBI中的序列,筛除那些只在高温下起效的Ago,他们找到了十几个看上去可用的候选Ago,“有效的有七八个,这次发表的文章只是其中的一个。”
回想起来,自双螺旋结构被破译以来,像编辑文章一样编辑那些A、C、G、T组成的生物体,就成了人类最大胆的梦想之一。在自然界的活细胞中,对基因的编辑并不罕见,我们的免疫系统就能够识别出入侵的病毒,然后派出一种特殊的酶把病毒切成碎片,再把某些碎片整合到自己的系统中,从而刺激自我更好地识别病毒⋯⋯问题在于,是否能够精准地控制这种操作,使之为我们所用,而且,这种技术最好是廉价的,普通的大学实验室可以支付得起的。
要成为一个基因编辑的工具,最核心的是一把能够定向切割基因的剪刀。目前的主流基因编辑方法叫CRISPR,这个词是“聚集的规律插入间隔回文重复”的缩写。它的核心便是那种“可以对包含任何已知24至48个核苷酸目标物的DNA进行可定位灭除的导向能力”的CRISPR。在楼下那间放着茶具的实验室中,韩春雨提到,他也曾在CRISPR上耗费了半年时间,那是2013年,当时的基因编辑技术几乎是刚刚出现。他在CRISPR上跟风式的尝试大多以失败告终,促成了这样的思考:作为一个设备和规模都不如别人的实验室,自己要不要去跟风?
“我当时就有愿望,想去发现一个新的基因编辑工具。从CRISPR上受到启发,我觉得,在单细胞或者多细胞的简单生物中,他们的免疫系统应该都有一种或者几种可以用作基因编辑的工具(基因剪)。”他找过CRISPR所需的Cas家族,但那些尝试都没成功,“因为那个系统过于复杂了。”
然后,他谈到了这次新发现的功臣——那个名叫Agonaute的蛋白,他亲切地简称那些蛋白为Ago(阿勾)。“我们注意到了阿勾家族,这个家族非常有意思,它能进行基因剪切,人们最为熟知的阿勾是一种跟人类有关的AGO2,它们在RNA沉默复合体中负责剪切。”他说,“我当时看到过另外一篇文章,是用生物信息学方法分析显示,阿勾也有可能作用于DNA景观画匠。”
2014年2月的一天,他看到《自然》杂志上的一篇论文,文中,荷兰人范德欧斯特证明了,阿勾可以做DNA的剪切。不过,文章中提到的那种阿勾蛋白,必须在70度高温的条件下才能起效,当时大部分人认为,要使用阿勾作为基因编辑工具,只有去改造这种蛋白,让它们在常温状态下起效。
“范德欧斯特是我很敬重的一位前辈,然而,我知道他走错路了。”韩春雨说,“他们关注的那个酶是在70度左右才正常工作,这是经过了漫长的进化才形成的,你想把它转回去(让它们在常温下工作),这是件逆着进化的事情,该有多艰难?我当时就觉得,他们必然要被我甩到后面⋯⋯这是哲学景观画匠。”在国内外各大资源丰富的实验室纷纷投入精力去改造阿勾蛋白时,这位在中国非著名高校的普通实验室工作的年轻人,深信着自然界肯定存在一种可以在常温下起效的阿勾。利用范德欧斯特文章中的TtAgo,再加上很好用的免费工具BLAST,他的学生高峰手动地去比对全球最大的公开基因数据库NCBI中的序列,筛除那些只在高温下起效的Ago,他们找到了十几个看上去可用的候选Ago,“有效的有七八个,这次发表的文章只是其中的一个。”