CRISPR背後，與諾獎失之交臂的華人科學家_風聞

作者丨張旌

編輯丨李拓

2020年諾貝爾化學獎再度頒給了生命科學領域——

來自美國加州大學伯克利分校的詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）和來自法國維也納大學的艾曼紐·查彭蒂爾（Emmanuelle Charpentier），因其在基因編輯領域的傑出貢獻，榮獲2020年諾貝爾化學獎。

兩位女性科學家共同發現了在 CRISPR/Cas9 系統中，crRNA的定位能力、以及Cas9蛋白的切割作用；並在應用過程中，將crRNA和tracrRNA融合形成單鏈嚮導RNA（sgRNA），顯著增加了該技術的運用前景。

而在該技術的發展過程中，尤其是將 CRISPR/Cas9 運用到真核細胞系統中，有另一位華人學者也做出了不可磨滅的貢獻。但可能是相對缺少原創性想法的緣故，讓他與本次諾獎失之交臂。

華人學者張鋒的雙面人生

哈佛本科、斯坦福博士，打破錢學森曾創下的記錄、成為麻省理工學院歷史上最年輕的華人終身教授，美國人文與科學學院院士，深度參與兩項“諾貝爾獎”級別的研究……

頂着這些“光環”，美籍華人科學家張鋒（Feng Zhang）的一生小半生（年僅39歲）已太過夢幻。

一面是科研“大牛”，而在另一面，張鋒在商業領域同樣扮演了十分亮眼的角色。他手握數十項專利，創建並參與了五家公司，其中一家已上市（Editas Medicine，市值約15.18億美元），另一家也已提交上市申請（Beam Therapeutics）。

美籍華人科學家張鋒 | 來源：博德研究所（Broad Institute）

而讓張鋒科研商業雙豐收的，正是一項被稱作革命性的基因編輯技術——CRISPR。

2013年初，張鋒團隊在頂級科學期刊Science上發表了一篇 CRISPR-Cas 9 技術論文，也是首篇使用該技術對哺乳動物細胞進行基因編輯的論文。

此後，張鋒不斷探索 CRISPR 技術新玩法，也不斷拓展他的商業版圖。

CRISPR 可應用場景及張鋒的商業佈局丨放大燈團隊整理

2013年11月，張鋒與其他幾位 CRISPR 技術發展的關鍵人物在美國波士頓共同創立了Editas Medicine，希望利用包括 CRISPR-Cas9 基因編輯在內的新技術，通過修改致病基因來達到治療疾病的目的。Editas Medicine 已於2016年2月上市，目前市值約15.18億美元。

2019年7月，Editas Medicine 正式宣佈將和製藥巨頭艾爾建（Allergan）一同啓動針對一類眼部遺傳病（LCA10，Leber 先天性黑蒙症10型號）的 CRISPR 基因編輯療法（EDIT-101）的1/2期臨牀試驗（AGN-151587），該療法利用新型藥物運輸載體（AAV，重組腺相關病毒），並採取局部注射的手段對眼部細胞進行基因編輯，且該項臨牀試驗是全球範圍內首個在人體內進行的 CRISPR 基因編輯研究[1]。

另外，Editas Medicine 還針對眼、肺、肝以及肌肉等部位的感染或遺傳病，開展 CRISPR 基因編輯治療項目；與免疫療法領軍公司 Juno Therapeutics 合作，開展癌症的基因編輯 CAR-T 聯合治療項目。

Editas Medicine 目前在開展的項目 | 來源：Editas Medicine

張鋒2017年創辦了一家新的醫療公司，Beam Therapeutics，主要利用 CRISPR 鹼基編輯手段開發新的遺傳藥物和相關療法。該公司在2018年已融資2.22億美元，且於2020年2月6日上市，目前市值13.73億美元。

除了醫藥產業，張鋒開始在新領域邊緣試探，分別成立了生物技術公司 Arbor Biotechnology（2016年，融資1560萬美元）、農業類公司 Pairwise Plants（2017年，融資2500萬美元）和診斷類公司 Sherlock Biosciences（2019年，融資4850萬美元），試圖將 CRISPR 技術商業最大化。

到底是誰的 CRISPR？

來自美國 Marketsandmarkets 的分析報告指出，在全球範圍內，CRISPR 技術的市場規模預計會從2018年的5.62億美元增長到2023年的約17.15億美元，複合年均增長率接近25%[2]。

全球及不同區域 CRISPR 技術市場預期發展趨勢 | 來源：Marketsandmarket

面對如此巨大的市場，其他科學家和企業家自然不會善罷甘休。而張鋒最大的競爭對手是 Editas Medicine 當年的另一個創始合夥人——來自加州大學伯克利分校的 詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）。

兩人的競爭始於對 CRISPR-Cas 9 核心專利的爭奪，即在哺乳動物細胞中使用 CRISPR-Cas 9 技術進行基因編輯的專利。

簡單回顧 CRISPR 的發展歷程：

1993年，CRISPR（clustered regularly interspaced palindromic repeats）第一次被發現[3]。

CRISPR 技術的早期發展過程及其所在地 | 來源：Cell

2007年，Danisco 公司的Rodolphe Barrangou和Philippe Horvath發現了嗜熱鏈球菌中存在 CRISPR 序列，能夠幫助細菌識別、抵抗噬菌體DNA的侵入[4]。

2011年，來自維也納大學的艾曼紐·查彭蒂爾（Emmanuelle Charpentier）和 Jörg Vogel 找到了 CRISPR 系統基因編輯藍圖的最後一塊拼圖——tracrRNA（trans-activating CRISPR RNA）。在 tracrRNA 的指導下，CRISPR-Cas 系統才能夠定向剪切目標基因[6]。

2012年到2013年初，三篇運用 CRISPR-Cas 9 系統進行基因編輯的論文先後發表在頂級科學期刊 Science 上，來自加州大學伯克利分校的詹妮弗以及來自維也納大學的艾曼紐，證明了 CRISPR-Cas 9 系統在體外具備基因編輯的能力；而來自麻省理工學院博德研究所的張鋒和來自哈佛大學醫學院的 George Church，也分別成功將 CRISPR-Cas 9 系統運用到哺乳動物細胞中[7][8][9]。

CRISPR 技術發展的關鍵人物（從左至右）：George Church, Jennifer Doudna, Feng Zhang（張鋒）,Emmanuelle Charpentier | 來源：Science

作為發明 CRISPR-Cas 9 基因編輯技術的關鍵人物，詹妮弗、艾曼紐和張鋒早在論文發表之前就已經向美國商標專利局（USPTO）提交了相關的專利申請。

2012年5月，詹妮弗和艾曼紐在她們的論文發表之前，提交了 CRISPR-Cas 9 技術的第一個專利申請[10]。

2012年12月，博德研究所（Broad Institute）通過快速通道向美國專利商標局（USPTO）提交了關於 CRISPR-Cas 9 技術的專利申請，以及一系列該技術在真核細胞（如植物和人）中應用的專利申請[10]。

2014年4月15日，美國專利商標局將 CRISPR-Cas 9 技術用於真核細胞基因編輯的專利授予張鋒和博德研究所[10]，加州大學伯克利分校隨後對此提出申訴。

博德研究所提出的有關CRISPR-Cas9的時間軸（紅色為博德研究所的工作及論文審核、發表相關時間點；綠色為加州大學和維也納大學研究時間點）| 來源：博德研究所

2017年2月，專利審判和上述委員會（PTAB）確認此前授予博德研究所有關 CRISPR-Cas 9 的專利不存在加州大學伯克利分校所説的“干涉”情況，即該專利仍屬於張鋒和博德研究所[11]。

2018年9月，美國聯邦巡迴上訴法院（US Court of Appeals for the Federal Circuit）判定博德研究所於2014年獲得的 CRISPR-Cas 9 專利，與加州大學伯克利分校於2012年提交的專利申請並不相互“干涉”或“衝突”[13]。

2014年張鋒和博德研究所在美國獲批的專利 | 來源：USPTO

作為這一系列專利糾紛的主角，麻省理工學院博德研究所和張鋒最終在美國似乎“穩穩地”拿到了當時提交的關於使用 CRISPR-Cas 9 進行基因編輯的專利。（且該專利迄今已被多達76項美國專利參考引用）

但故事遠沒有結束，詹妮弗和加州大學團隊通過不斷優化 CRISPR-Cas 9 基因編輯系統，並從自然界尋找新的 Cas 蛋白，開發出新的基因編輯版本或開拓 CRISPR 技術在其它領域的應用，也拿到了 CRISPR 技術相關的一系列美國專利。

2018年7月19日，加州大學詹妮弗和維也納大學艾曼紐團隊在美國專利商標局取得了她們首個 CRISPR-Cas 9 技術的專利，該專利允許在植物和動物細胞中或在體外使用一種“更加簡便”的 CRISPR-Cas 9 基因編輯系統的版本[12]。

截至目前，在美國商標專利局授權的 CRISPR 相關的專利中，博德研究所持有14項；而加州大學團隊則有15項。（均包括Cas9以及Cfp1）

而在國際專利的賽場上，加州大學團隊似乎更勝一籌。

2017年5月10日，歐洲專利局授予加州大學詹妮弗和維也納大學艾曼紐團隊，在歐盟地區（超過35個國家）首個在植物、動物以及人體細胞中使用 CRISPR-Cas 9 基因編輯技術的專利[12]。而博德研究所僅僅擁有10項有關 CRISPR 技術基礎性質的歐洲專利[14]。

除此之外，加州大學詹妮弗和維也納大學艾曼紐團隊目前還取得了英國、中國、日本、澳大利亞、新西蘭、墨西哥以及其他一些國家有關在細胞中使用 CRISPR-Cas 9 基因編輯技術的相關專利[15]。

“宿敵”？

作為相關專利的持有者，詹妮弗、艾曼紐和張鋒之間的“明爭暗鬥”也從專利裁決延伸至商業戰場，這兩位優秀的女性科學家同張鋒一樣，分別創辦或參與了多家基於 CRISPR 基因編輯技術的商業公司。

詹尼弗、張鋒與艾曼紐創立及投資的公司丨放大燈團隊整理

詹妮弗因為專利糾紛離開和張鋒一同創辦的 Editas Medicine 之後，在美國波士頓又成立了一家有着相似願景的醫療公司——**Intellia Therapeutics（市值約8.06億）****。**該公司致力於利用 CRISPR-Cas 9 基因編輯技術並結合其成熟的藥物輸送系統（LNP，脂質納米遞送技術），為癌症、遺傳病、病毒感染、炎症以及其他病患者找到潛在的治療方法。

目前 Intellia 在開展的包括與再生元製藥（Regeneron）合作開發用於治療甲狀腺素運載蛋白澱粉樣變性（ATTR）的項目，目前已進入臨牀前階段；以及開發其他關於治療α抗胰蛋白酶缺乏症、原發性高草酸鹽尿症1型和急性髓細胞白血病的治療手段。除此之外，Intellia 還與諾華（NOVARTIS）開展研發合作計劃，致力於發展 CRISPR-Cas 9 技術在 CAR-T 細胞治療和造血幹細胞中的應用。

Intellia Therapeutics 目前正在開展的項目 | 來源：Intellia Therapeutics

詹妮弗和張鋒一樣，也在開拓屬於自己的商業版圖。她在2011年創辦了Caribou Biosciences（生物技術類，融資7460萬美元）；2014年私人投資了 Synthego（生物技術類，融資1.597億美元）；2017年創辦了 Mammoth Biosciences（醫療診斷類，融資2460萬美元）。

除此之外，詹妮弗還是一家生物投資公司 Orchard Venture Partners 的董事，該公司投資的兩家生物科技公司均已上市。

另外還有一家值得一提的公司——2013年由艾曼紐和其合夥人同樣在波士頓創辦的CRISPR Therapeutics（市值約36.89億）。該公司主要研究 CRISPR-Cas 9  基因編輯技術及其在 beta-地中海貧血、血友病、杜氏肌營養不良症、囊性纖維化等疾病治療中的應用。

2019年2月，CRISPR Therapeutics 和 Vertex 宣佈開啓了全球第一例商業贊助的人體 CRISPR-Cas 9 治療的臨牀試驗（1/2期）。

CRISPR Therapeutics 目前正在開展的項目 | 來源：CRISPR Therapeutics

艾曼紐在專利方面多數與詹妮弗一同決策，但在商業方面，兩位女性科學家則各有發展。她們與張鋒之間在科研、專利以及商業方面的競爭和糾纏似乎已成“宿敵”關係。

當然，不論是科研領域，還是商業化的進程，良性競爭都有利於這項技術的發展和應用。這些公司的願景對於醫療行業、生物技術領域和農業等方面都會是革命性的改變，但是否實現，我們不得而知。

正如博德研究所在其官方網站中介紹，“CRISPR 技術本身是無法被專利化的”。目前兩個團隊各自得到了有關 CRISPR-Cas 9 技術的部分專利，使得後來加入的許多依託於 CRISPR 基因編輯技術的公司都不得不同時向雙方支付高昂的專利授權費用，或花費不菲的代價嘗試進一步開發CRISPR-Cas系統或者在其他場景的應用。

2019年6月24日，美國專利商標局發佈了第二個關於 CRISPR 技術的****“干涉”****聲明（第一個於2014年由加州大學團隊提出），認為來自加州大學和維也納大學團隊的10項專利申請與博德研究所、麻省理工大學以及哈佛大學的13項專利和1項專利申請存在相互“干涉”或“衝突”。

 

USPTO第二次發佈 CRISPR 專利之間可能存在“干涉”的聲明 | 來源：博德研究所

這一聲明進一步升級了這對“宿敵”之間在專利賽場上的競爭與糾纏，但今年的一則聲明很可能打破原有的局面：

2020年9月10日，PTAB 裁定來自MIT Broad研究所的張鋒團隊在其已獲批的專利中，擁有優先在真核細胞系統中使用CRISPR技術的權力；而CRISPR基因編輯技術在遺傳病治療和基因編輯療法的運用中，包括人類細胞在內的真核系統，具備更加重要的價值。

這項基因編輯技術的革命性不僅僅是在科學研究的層面，它更是開啓了基因編輯治療的新篇章。作為 CRISPR 基因編輯技術的開創者之一，張鋒的科研天賦毋庸置疑，更加難能可貴的是他對於科學技術靈敏的商業化嗅覺，當初跳過細胞外實驗和細菌等原核生物，直接在哺乳動物細胞中開展 CRISPR 的相關實驗的計劃即可印證這一點。

但對於科學技術本身的把握和對技術應用前景的判斷，讓張鋒，不僅僅是一個“諾貝爾獎”級別的科學家。

References：

[1] Allergan and Editas Medicine Initiate the Brilliance Phase 1/2 Clinical Trial of AGN-151587 (EDIT-101) for the Treatment of LCA10. Jul 25, 2019. Editas Medicine. http://ir.editasmedicine.com/news-releases/news-release-details/allergan-and-editas-medicine-initiate-brilliance-phase-12[2] CRISPR Technology Market. 2019, Marketsandmarkets. https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/crispr-technology-market-134401204.html[3] Mojica et al., Transcription at different salinities of Haloferax mediterranei sequences adjacent to partially modified PstI sites. Mol. Microbiol. 1993; 9: 613-621. DOI: 10.1111/j.1365-2958.1993.tb01721.x.[4] Barrangou et al., CRISPR Provides Acquired Resistance Against Viruses in Prokaryotes. 2007, Science 315, pp. 1709-1712. DOI: 10.1126/science.1138140.[5] Kerry Grens. There’s CRISPR in Your Yogurt. The Scientist. Jan 1, 2015. https://www.the-scientist.com/notebook/theres-crispr-in-your-yogurt-36142[6] Deltcheva et al., CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III. Nature. 2011 Mar 31;471(7340):602-7. doi: 10.1038/nature09886.[7] Jinek et al., A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science. 2012 Aug 17;337(6096):816-21. doi: 10.1126/science.1225829.[8] Cong et al., Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. 2013 Feb 15;339(6121):819-23. doi: 10.1126/science.1231143.[9] Mali et al., RNA-guided human genome engineering via Cas9. Science. 2013 Feb 15;339(6121):823-6. doi: 10.1126/science.1232033.[10] CRISPR-Cas9: Timeline of key events. What is Biotechnology? https://www.whatisbiotechnology.org/index.php/timeline/science/CRISPR-Cas9[11] Heidi Ledford. Broad Institute wins bitter battle over CRISPR patents. Nature News. Feb 5, 2017. https://www.nature.com/news/broad-institute-wins-bitter-battle-over-crispr-patents-1.21502[12] CRISPR Timeline.Berkeley News. Jun 25, 2019. https://news.berkeley.edu/2019/06/25/crispr-timeline/[13] Jef Akst. USPTO Restarts CRISPR Patent Dispute Between Broad and UC. The Scientist. Jun 26, 2019. https://www.the-scientist.com/news-opinion/uspto-restarts-crispr-patent-dispute-between-broad-and-uc-66050[14] FOR JOURNALISTS: STATEMENT AND BACKGROUND ON THE CRISPR PATENT PROCESS. Broad Insititute. Jul 31, 2019. https://www.broadinstitute.org/crispr/journalists-statement-and-background-crispr-patent-process[15] UC now holds largest CRISPR-Cas9 patent portfolio. Berkely News. Oct 1, 2019. https://news.berkeley.edu/2019/10/01/uc-now-holds-largest-crispr-cas9-patent-portfolio/[16] Alex Philippidis. Top 10 Companies Leveraging Gene Editing in 2019. GEN Edge. Aug 12, 2019. https://www.genengnews.com/a-lists/top-10-companies-leveraging-gene-editing-in-2019/CRISPR Therapeutics 2018年年報 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1674416/000156459019004115/crsp-10k_20181231.htmEditas Medicine 2018年年報 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1650664/000155837019001364/edit-20181231x10k.htmIntellia Therapeutics 2018年年報 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1652130/000156459019004680/ntla-10k_20181231.htm