2012年6月8日,一個明媚的周五下午,珍妮佛·杜德娜正式向《科學》雜志提交了論文。20天后,它在線發(fā)表了。世界從此不同。
論文表明他們找到了基因編輯中最新、也可能是最有效的工具CRISPR-Cas9(簡稱為CRISPR)。利用CRISPR可以插入、編輯或刪除基因,人類有了控制遺傳突變的能力。幾乎一夜之間,一個新時代開始了:在基因工程的領域,只有想不到,沒有做不到。
杜德娜平靜的實驗室研究生活被打破,這位美國加州大學伯克利分校分子與細胞生物學系、化學系教授不再是一名普通的科學家,將要面對襲來的“巨浪”,是她沒有意料到的。
杜德娜所處的是一個什么時代呢?在她進入研究領域之前,幾十年來,生命科學領域的研究在不斷的突破中。
杜德娜被這些科學進展深深吸引。20世紀90年代初,她做博士后研究時,也是研究生涯的開始之初,就和實驗室伙伴討論編輯有缺陷RNA的源頭的可能性。
“本書的目的并不是為基因編輯早期發(fā)展提供一份翔實的歷史記錄?!边@本書記錄了與杜德娜工作最相關的研究進展,以及他們的工作是如何與其他人的研究銜接起來的。
2006年,杜德娜的實驗室開始CRISPR的研究工作,這個課題就像偵探,只不過目標相反,關注的不是病毒如何入侵宿主,而是細菌如何抵御病毒。他們尤其感興趣的是那些與CRISPR相關的基因,或者說,是他們認為參與了抵御病毒的細菌基因。
CRISPR研究引起更多人的注意,2008年,第一次CRISPR會議在美國加州大學伯克利分校舉行。而且?guī)啄旯し颉斑@個領域就從松散、有趣,但缺乏確鑿證據的初始階段,發(fā)展出了一套關于細菌適應性免疫系統(tǒng)工作機制理論”。
杜德娜他們也受到相關公司以及大學各路同仁的激勵,不斷地、一點點地突破。在一次次構思、實驗中,他們終于找到并驗證了這種“了不起的分子機器”,即Cas9,它能以極高的精確度切開病毒的DNA,以及其他細胞里的DNA,包括人類細胞。這就意味著他們找到了改寫生命密碼的方法。
“隨著時間流逝,我逐漸意識到,自己是一個更大的科學系統(tǒng)的一部分,我們每一個人,都在自己的道路上探索著大自然的真相。每前進一小步,感覺好像又找到了一小塊拼圖,而這些都是一個更大的拼圖游戲的一部分。我們每一個人的工作都依賴于前人的工作,它們相互關聯(lián),拼出更大的圖章?!?/p>
無疑,杜德娜他們找到的是一塊重要的拼圖。
“我永遠不會忘記第一次聽說CRISPR這個術語的時刻?!?006年的一天,杜德娜接到吉莉安·班菲爾德教授的電話。
吉莉安也是一位卓有成就的女科學家,在伯克利分校另一個系任教,她向杜德娜詳細介紹了CRISPR的研究,杜德娜才明白“規(guī)律間隔成簇短回文重復序列”的意思,這些信息讓她“有微微觸電的感覺”。兩個實驗室的合作表明,要闡明CRISPR工作機制,該生物化學家出場了。
與CRISPR相關的另一個故事是一次“偶遇”。
2011年,杜德娜在波多黎各參加美國微生物學會年會時,認識了法國女科學家埃馬紐埃爾·卡彭蒂耶——她們共同獲得2020年諾貝爾化學獎。兩位女科學家在圣胡安老城閑逛,交流心得、評論報告。埃馬紐埃爾提出合作,共同來闡明神秘的Csn1——后改名為Cas9蛋白質的功能。這是一次要被載入史冊的合作。
正好CRISPR找到她,她就做到了。
有人認為,天賦、后天環(huán)境、個人努力是成功的三要素。而杜德娜的經歷似乎與此一一對應。
杜德娜1966年出生,父親是大學教授,有較好的家庭環(huán)境,受到了良好的教育。大約在12歲時,她讀了吉姆·沃森的《雙螺旋》,“我第一次感到命運會把我送到相似的路上”。
1982年,她剛上大學,參與了平生第一次的實驗——到生物系一位教授的實驗室里,和其他學生一塊兒探索一株真菌如何感染了木瓜。他們居然還揭示出了真菌的一個重要特征,“我第一次感受到科學發(fā)現的狂喜”,親身經歷后,她的求知欲更強烈了。
盡管杜德娜的天賦和努力都足夠,但從杜德娜的成長經歷來看,和這個年代的其他科研人員一樣,按部就班地從大學本科到博士,在實驗室里做研究,關心領域的發(fā)展,思考自己有興趣的項目,然后踏實地工作,取得或多或少的成果。
在那篇打破“天機”的論文發(fā)表后的一年,科學界刮起了CRISPR旋風,世界各地的研究人員將此派上用場。杜德娜感覺自己“仿佛在伯克利一覺睡去,醒來發(fā)現身處火星”。而CRISPR一詞從學術會議的學者都聽得一頭霧水的狀況,變成家喻戶曉的“熱詞”。
2014年的一天,本書的另一位作者塞繆爾收到一封陌生郵件,是一位創(chuàng)業(yè)者約他見面談商業(yè)計劃,還希望他加盟他們公司做科學顧問。原來這家公司是為人提供健康的“CRISPR定制嬰兒”。
這“大膽”的設想讓塞繆爾不寒而栗。他和杜德娜都意識到,CRISPR應用于編輯人類的基因組,是早晚的事。杜德娜為此憂心忡忡,甚至寢食難安。
杜德娜走出實驗室,她認為作為科學家,自己不能置身事外,她積極參與到討論中。
杜德娜想到了原子彈之父、之前也是伯克利分校物理系教授奧本海默的呼吁,她回顧了重組DNA技術的發(fā)展歷史,諾貝爾獎得主、化學家保羅·博格的謹慎態(tài)度和策略,以及“博格來信”對相關科學研究提出的三項建議。
2015年1月,杜德娜和科學同仁組織召開了生物倫理論壇,有17位與會人員,許多重量級科學家到場。
隨后不久,杜德娜開始籌備關于人類基因編輯的首次國際會議。高峰論壇2015年12月舉行,美國、中國和英國及其他來自世界各地的科學家——最前沿的基因編輯研究者——參與了會議的討論。在這些對話中,有一個主題反復出現,那就是科學家該如何使用這項新發(fā)現的技術?!拔覀兡壳斑€沒有找到答案,但是,我們正一點點地接近它。”
杜德娜對不同立場的學者的思路有了更深的理解,讓她進一步細化了對生殖細胞系編輯議題的理解。
但是杜德娜的初心和夢想從沒有改變,“有一天,基因編輯可以幫助治愈人類的疾病”。