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腾讯登录CRISPR-Cas9技术关键发明人Emmanuelle Charpentier：CRISPR改变了我的生活
| 导读 | 微生物学家Emmanuelle Charpentier之前一直没有固定的实验室，过着艰苦孤寂的科研生活。但她在CRISPR技术方面的工作彻底改变了她的生活。 |
Emmanuelle Charpentier：CRISPR-Cas9基因编辑技术的关键发明人
微生物学家Emmanuelle Charpentier之前一直没有固定的实验室，过着艰苦孤寂的科研生活。但她在CRISPR技术方面的工作彻底改变了她的生活。Emmanuelle Charpentier的办公室空荡荡的，仅有一台电脑。墙角堆着泡沫包裹着的她的照片，旁边房间里堆满了装有书籍、文献的纸箱。但位于走廊那头的实验室则充满活力。6个月以前，Charpentier搬到了柏林。她在几周内安排好了科研相关事宜，同时决定把其他事情先放一放。坐在简陋的办公椅里，她指出，推进实验才是当务之急。
Charpentier的办公室反映了她的科研生活——她似乎总是流离于各个机构之间，但始终保持科研的推进速度。如今48岁的她在过去20年内，先后在5个不同国家的9所机构做过研究，在科研的阶梯上越爬越高。她表示，她总是不得不从头开始建立新的实验室。很多灵感在她打包东西时不期而至。在45岁以前，她一直都无法雇佣技术员，也只受到过短期基金支持。巴黎巴斯德研究所（Pasteur Institute）的研究者、Charpentier的博士导师Patrice Courvalin盛赞Charpentier，“她非常聪明，哪怕是在沙漠里，她都能建立实验室。”
这种流浪生活似乎并未对Charpentier的科研产生影响，她谨慎地解析了细菌控制基因组的系统。Charpentier被认为是CRISPR-Cas9的关键发明人之一，这一技术改变了整个基因编辑领域。今年，她已经获得了十个科技类大奖，并已被正式任命为柏林马克斯-普朗克研究所（Max Planck Institute）感染生物学主任。2013年，她共同创立了一家基因治疗公司CRISPR Therapeutics。该公司现已成为世界上资金最丰富的临床前生物技术公司。她本人也深陷CIRPSR专利技术纠纷之中。去年9月，Charpentier的电话一直响个不停。来自世界各地的记者试图联系她，因为他们认为她可能可以拿到2015年的诺奖提名。
Charpentier并不习惯镁光灯下的生活，她是CRISPR技术发明人里最低调的一个。她指出，法国哲学家Jean-Paul Sartre说过，得奖只会把你禁锢在一个小圈子里。 Charpentier只想脚踏实地地做研究。这一点上，她似乎非常成功。就在4月底，她在《自然》（Nature）杂志上发表了论文，提出了一种更简单，更有效的CRISPR系统。
了解Charpentier的同事们都这样形容她：谦虚、努力、充满激情。“她个头小小，但意志非常坚定，而且非常固执。”上世纪90年代她的博后研究员、现任CRISPR Therapeutics首席执行官Rodger Novak这样说道。而Courvalin看法也差不多，“她（Charpentier）一旦确定了一个目标，就会咬住不放，非常锲而不舍。”
医学梦想
Charpentier看起来又瘦又小，一双暗得发黑的眼睛让她显得有些焦躁。她在巴黎附近的一个小城镇长大，她一直有个梦想：为推进医学做一些贡献。这个梦想萌芽于对一位住在古老修道院的传教士嬷嬷的拜访，那时小小的她就希望能以“在一个舒服的环境里，安安静静地做自己的事情”的方式实现推进医学的梦想。
Charpentier的父母也支持她的梦想，并没有特意引导她在任何领域的兴趣。她学过钢琴和芭蕾，最后出于对医学的热爱，投身到了生命科学研究中。在巴黎第六大学（Pierre and Marie Curie University）读大学时，她决定在附近的巴斯德研究所（Pasteur Institute）读博。巴斯德研究所在基础研究上负有盛名，而Charpentier想参与到这里的抗生素抵抗项目中。她的博士项目涉及分析在基因组和细胞之间移动的细菌基因片段（这些移动的DNA片段在细菌种群之中传递药物抵抗）。
在巴斯德研究所的几年为她今后的科研打下了坚实的基础。她表示，博士生活“年轻而有趣”。她喜欢在圣母大教堂附近的图书馆学习，喜欢绿顶台灯投射下来的三角形的灯光。“我意识到，我已经找到了想要的那个环境。”她的志向是在巴斯德研究所建立自己的实验室，但这需要有国外的博后经历。“我是上世纪90年代典型的法国学生。我当时想的是，短暂的出国之后，以后都可以在国内工作。”
Charpentier向美国多个机构投出了50多封求职信，拿到了一堆录用通知书。她决定去洛克菲勒大学（Rockefeller University）微生物学家Elaine Tuomanen的实验室，开展肺炎链球菌的研究。肺炎链球菌是肺炎、脑膜炎和败血症的主要病原体，它具有自由移动的遗传元件，可以在维持病原特性的同时在基因组里移动。Tuomanen实验室对该细菌进行了测序，下一步计划研究这些移动的遗传元件的落脚点及其影响。
Charpentier开展了一系列艰苦的实验，以研究肺炎链球菌如何监控和操控这些遗传元件。她发现了这些病原体获得万古霉素（一种当时最强效的、作为最后手段的抗生素）抵抗的机制。初到纽约时，她心情忐忑。不过她很快沉浸到工作中，意外的是，她发现自己居然不思乡。因此，当Tuomanen把实验室搬到田纳西州的孟菲斯时，她决定先不回国，而是加入到纽约大学医学院（New York University School of Medicine）皮肤细胞生物学家Pamela Cowin的实验室。在这里，她通过小鼠实验，学习了哺乳动物基因相关知识。
Cowin始终记得Charpentier，因为这是他第一个不需要详细指导的博士后。“她自己有思路，做研究非常谨慎，注重细节，执行力强。”Charpentier很快发现，操控小鼠的基因比操控细菌的基因难得多。在这个项目上，她花了两年时间，发表了一篇关于毛发生长调控的论文，对哺乳动物基因有了深刻的理解，同时她强烈希望能研发出快捷易用的基因编辑工具。
在纽约又做了一轮博后之后，Charpentier决定，下一步就回欧洲，建立自己的实验室。在美国的时光让她明白，她不必非要回到法国，在欧洲做科研也是不错的选择。在欧洲各国中，她选择了维也纳。2002年，她到维也纳大学工作，在之后的7年里一直依赖短期基金来运营实验室。她表示，那时条件十分艰苦。不过值得高兴的是，她了解到了调控细菌的每条生化通路。这是一个令人兴奋的时期。这段时间里，研究者们发现了调控基因的小RNA分子的重要性。Charpentier则针对不同的细菌开展了多个项目。Charpentier承认，当时开展了太多项目，但她一直能拿到基金。她发现了化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）中有一种RNA，这种RNA可以调控一类对细菌毒力有重要作用的分子的合成。
在维也纳，Charpentier第一次开始思考CRISPR。在本世纪初，CRISPR是一个冷僻领域：少数研究者注意到这种抗病毒机制。部分细菌在检测到入侵病毒后，拷贝病毒DNA的一部分，将这部分插入到自己的基因组中。下次同种病毒来袭时，细菌能快速识别，将病毒DNA切断。这个系统被称为CRISPR系统。不同细菌的CRISPR系统有所差别，但都包含一个RNA分子，也就是CRISPR RNA。
Charpentier希望能找出化脓性链球菌中负责编码调控RNA的位点，但她发现这种细菌的生信信息并不多。所以她找到了研发大规模绘制基因组中RNA图谱方法的分子微生物学家J?rg Vogel，Vogel后来成为了马普所感染生物学的小组长。Vogel同意对化脓性链球菌绘制RNA图谱。到2008年，他完成了队化脓性链球菌产生的所有小RNA的测序。
图谱完成后，研究人员注意到的第一点是一个含量极高的小RNA——反式激活CRISPR RNA（tracrRNA）。该RNA在基因组的位置和Charpentier生信方法预测的CRISPR位点非常接近。此外，其序列也提示着CRISPR系统中可能包含这种RNA，这是以前从未发现的。Charpentier等人开展了一系列实验，探索这个系统。他们发现，化脓性链球菌中的CRISPR系统只有三部分——tracrRNA、CRISPR RNA和Cas9蛋白。Charpentier指出，这是一个意外的惊喜：其它CRISPR包含一个RNA和很多蛋白质，从来没人设想过一个CRISPR系统里会有两个RNA。这个系统非常的简单，她意识到，有一天CRISPR会成为一种强大的基因编辑工具。如果可以控制这些元件，那么就能利用CRISPR-Cas9系统来识别、剪切和改变基因组中任意位置的DNA。
但CRISPR的具体机制是什么呢？Charpentier怀疑两种RNA可能相互结合，引导Cas9到达病毒的特定DNA处。这个想法有些异想天开，因为一般是两种蛋白发生结合，产生此类作用。但正如Tuomanen所说，“Charpentier总是喜欢探索异常点，她喜欢反传统。”据Charpentier回忆，当时她无法说服学生追随她的知觉，开展关键性实验，以观察两种RNA是否相互作用。最后是维也纳大学（University of Vienna）的一个硕士生自愿开展这项试验。
但2009年6月，Charpentier又要搬离维也纳。她在这里完全没有家的感觉，这里的高楼大厦只让她觉得压抑。据她回忆，当时，她需要的是做出重大的发现。因此，她决定跳槽到瑞典北部新成立的、资金充足的Ume? Centre for Microbial Research。她喜欢这座古老的小镇，甚至爱上这里漫长、阴暗的冬天。她觉得这让自己失去时间感，更能专注于工作。
2009年夏天，Charpentier在澳大利亚和瑞典来回时，Deltcheva晚上8点给她打电话说，实验成功了。Charpentier当时非常高兴，但她没有告诉任何人。据Vogel回忆，8月的一个晚上他接到Charpentier的电话。电话里，他们讨论了什么时候能了解整个研究情况，什么时候能发表这篇论文。
Jennifer Doudna（左）和Emmanuelle Charpentier在2014年11月份获得了生命科学突破奖。
他们都知道，这是个轰动性的发现，但他们担心发表有问题。为了确保论文不被编辑们质疑，他们沉默地努力了一年多，得到了尽可能多的数据，最后再向《自然》（Nature）杂志投稿。当时CRISPR圈子很小，Charpentier还是无名小将。但随着CRISPR-Cas9论文的发表，她几乎是一夜成名。2010年10月，她第一次参加了荷兰瓦赫宁根的CRISPR会议，那时候她的成果刚发表。该会议的组织者，瓦格宁根大学（Wageningen University）的微生物学家John Van Der Oost指出，Charpentier的成果是会议的最大亮点。Charpentier本人并不在乎名声等身外之物，她说自己不介意做个局外人，“我从来没有真正加入学界小圈子”。她一直关注的是下一步工作，研究CRISPR-Cas9系统如何切割DNA。
在2011年的美国微生物学会（American Society for Microbiology）会议上，Charpentier遇到了加利福尼亚大学（University of California）伯克利分校的结构生物学家Jennifer Doudna。Doudna很快被Charpentier的发现迷住了。她喜欢Charpentier的科研激情和干练。她们开始了合作，并且很快就发现了CRISPR-Cas9切割DNA的机制。随着机制的阐明，研究者们发现这一系统可用于精准的基因编辑，这一技术也很快得到普及。
同时，Charpentier很快做出两项重要决定。她最初的梦想是推动医学发展。为此，她联系了当时就职于制药巨头赛诺菲的Novak，打算共同创立研究人类基因治疗方法学的公司。2013年11月，Charpentier、Novak和Shaun Foy共同成立了CRISPR Therapeutics公司。
Charpentier是该公司科学咨询委员会首席。
第二个决定是把全部精力投入到基因调控的基础科研中。为此她需要一个永久性职位，有更多的机构支持。
2013年，她搬到了德国，成为汉诺威医学院（Hanover Medical School）的教授，并兼任附近亥姆霍兹传染病研究中心（Helmholtz Centre for Infection Research）部门主任。在这里，她终于雇佣了自己的技术员，建立了一个有16个博士生和博后的实验室。两年后，她被招到柏林的马普所。如今，她有充足的技术支持和资金支持，她的实验室在优雅的19世纪的教学医院校区里。她非常喜欢这个环境。她认为，也许在几年里，她会偶尔读读哲学书籍。
但现在，名誉和获奖让她无暇分身。她认为每个奖项都是对她工作的认可，也积极参与奖项需要的宣传活动。但每个奖项的宣传活动平均都要耗上两天。她拒绝讨论她、Doudna与博德研究所张锋的CRISPR专利之争。她把专利争论交给了律师。
虽然她在研究上已硕果累累，但Charpentier仍执迷于科学。她的最新成果——一个比CRISPR-Cas9更简单的系统也随着她流浪的科研生涯而完成。这项研究表明，一种名为Cpf1的蛋白能独立完成tracrRNA和 Cas9二者的工作。这意味着基于Cpr1的CRISPR系统会更加简单，更易于使用。Van der Oost认为这是非常重要的贡献。但Charpentier并不热衷于绕着CRISPR转，这只是她实验室的五个研究主题之一。其他主题包括：病原体与宿主的免疫细胞相互作用的机制，调节细菌染色体行为的分子机制等。
回想起来，Charpentier深感一路走来着实辛苦。她指出，现在有很多主流基金，帮助年轻的研究人员开始自己的独立实验室。尽管她推进医学、改善基因编辑工具的目标已经完成，但她的野心却未消减。“我一直没有变，我也不会变。我的科学家梦想让我站到了这里，我也会一直怀着这个梦想。”
但有些事情改变了。Charpentier再也不是局外人了：她是迅速扩大的CRISPR领域的权威人物，无数机构请她去做演讲。她希望每次演讲都能带去新的、同样重要的发现。她表示自己已经准备好了。
（转化医学网360zhyx.com）
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