CRISPR背后，与诺奖失之交臂的华人科学家_风闻

作者丨张旌

编辑丨李拓

2020年诺贝尔化学奖再度颁给了生命科学领域——

来自美国加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）和来自法国维也纳大学的艾曼纽·查彭蒂尔（Emmanuelle Charpentier），因其在基因编辑领域的杰出贡献，荣获2020年诺贝尔化学奖。

两位女性科学家共同发现了在 CRISPR/Cas9 系统中，crRNA的定位能力、以及Cas9蛋白的切割作用；并在应用过程中，将crRNA和tracrRNA融合形成单链向导RNA（sgRNA），显著增加了该技术的运用前景。

而在该技术的发展过程中，尤其是将 CRISPR/Cas9 运用到真核细胞系统中，有另一位华人学者也做出了不可磨灭的贡献。但可能是相对缺少原创性想法的缘故，让他与本次诺奖失之交臂。

华人学者张锋的双面人生

哈佛本科、斯坦福博士，打破钱学森曾创下的记录、成为麻省理工学院历史上最年轻的华人终身教授，美国人文与科学学院院士，深度参与两项“诺贝尔奖”级别的研究……

顶着这些“光环”，美籍华人科学家张锋（Feng Zhang）的一生小半生（年仅39岁）已太过梦幻。

一面是科研“大牛”，而在另一面，张锋在商业领域同样扮演了十分亮眼的角色。他手握数十项专利，创建并参与了五家公司，其中一家已上市（Editas Medicine，市值约15.18亿美元），另一家也已提交上市申请（Beam Therapeutics）。

美籍华人科学家张锋 | 来源：博德研究所（Broad Institute）

而让张锋科研商业双丰收的，正是一项被称作革命性的基因编辑技术——CRISPR。

2013年初，张锋团队在顶级科学期刊Science上发表了一篇 CRISPR-Cas 9 技术论文，也是首篇使用该技术对哺乳动物细胞进行基因编辑的论文。

此后，张锋不断探索 CRISPR 技术新玩法，也不断拓展他的商业版图。

CRISPR 可应用场景及张锋的商业布局丨放大灯团队整理

2013年11月，张锋与其他几位 CRISPR 技术发展的关键人物在美国波士顿共同创立了Editas Medicine，希望利用包括 CRISPR-Cas9 基因编辑在内的新技术，通过修改致病基因来达到治疗疾病的目的。Editas Medicine 已于2016年2月上市，目前市值约15.18亿美元。

2019年7月，Editas Medicine 正式宣布将和制药巨头艾尔建（Allergan）一同启动针对一类眼部遗传病（LCA10，Leber 先天性黑蒙症10型号）的 CRISPR 基因编辑疗法（EDIT-101）的1/2期临床试验（AGN-151587），该疗法利用新型药物运输载体（AAV，重组腺相关病毒），并采取局部注射的手段对眼部细胞进行基因编辑，且该项临床试验是全球范围内首个在人体内进行的 CRISPR 基因编辑研究[1]。

另外，Editas Medicine 还针对眼、肺、肝以及肌肉等部位的感染或遗传病，开展 CRISPR 基因编辑治疗项目；与免疫疗法领军公司 Juno Therapeutics 合作，开展癌症的基因编辑 CAR-T 联合治疗项目。

Editas Medicine 目前在开展的项目 | 来源：Editas Medicine

张锋2017年创办了一家新的医疗公司，Beam Therapeutics，主要利用 CRISPR 碱基编辑手段开发新的遗传药物和相关疗法。该公司在2018年已融资2.22亿美元，且于2020年2月6日上市，目前市值13.73亿美元。

除了医药产业，张锋开始在新领域边缘试探，分别成立了生物技术公司 Arbor Biotechnology（2016年，融资1560万美元）、农业类公司 Pairwise Plants（2017年，融资2500万美元）和诊断类公司 Sherlock Biosciences（2019年，融资4850万美元），试图将 CRISPR 技术商业最大化。

到底是谁的 CRISPR？

来自美国 Marketsandmarkets 的分析报告指出，在全球范围内，CRISPR 技术的市场规模预计会从2018年的5.62亿美元增长到2023年的约17.15亿美元，复合年均增长率接近25%[2]。

全球及不同区域 CRISPR 技术市场预期发展趋势 | 来源：Marketsandmarket

面对如此巨大的市场，其他科学家和企业家自然不会善罢甘休。而张锋最大的竞争对手是 Editas Medicine 当年的另一个创始合伙人——来自加州大学伯克利分校的 詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）。

两人的竞争始于对 CRISPR-Cas 9 核心专利的争夺，即在哺乳动物细胞中使用 CRISPR-Cas 9 技术进行基因编辑的专利。

简单回顾 CRISPR 的发展历程：

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

CRISPR 技术的早期发展过程及其所在地 | 来源：Cell

2007年，Danisco 公司的Rodolphe Barrangou和Philippe Horvath发现了嗜热链球菌中存在 CRISPR 序列，能够帮助细菌识别、抵抗噬菌体DNA的侵入[4]。

2011年，来自维也纳大学的艾曼纽·查彭蒂尔（Emmanuelle Charpentier）和 Jörg Vogel 找到了 CRISPR 系统基因编辑蓝图的最后一块拼图——tracrRNA（trans-activating CRISPR RNA）。在 tracrRNA 的指导下，CRISPR-Cas 系统才能够定向剪切目标基因[6]。

2012年到2013年初，三篇运用 CRISPR-Cas 9 系统进行基因编辑的论文先后发表在顶级科学期刊 Science 上，来自加州大学伯克利分校的詹妮弗以及来自维也纳大学的艾曼纽，证明了 CRISPR-Cas 9 系统在体外具备基因编辑的能力；而来自麻省理工学院博德研究所的张锋和来自哈佛大学医学院的 George Church，也分别成功将 CRISPR-Cas 9 系统运用到哺乳动物细胞中[7][8][9]。

CRISPR 技术发展的关键人物（从左至右）：George Church, Jennifer Doudna, Feng Zhang（张锋）,Emmanuelle Charpentier | 来源：Science

作为发明 CRISPR-Cas 9 基因编辑技术的关键人物，詹妮弗、艾曼纽和张锋早在论文发表之前就已经向美国商标专利局（USPTO）提交了相关的专利申请。

2012年5月，詹妮弗和艾曼纽在她们的论文发表之前，提交了 CRISPR-Cas 9 技术的第一个专利申请[10]。

2012年12月，博德研究所（Broad Institute）通过快速通道向美国专利商标局（USPTO）提交了关于 CRISPR-Cas 9 技术的专利申请，以及一系列该技术在真核细胞（如植物和人）中应用的专利申请[10]。

2014年4月15日，美国专利商标局将 CRISPR-Cas 9 技术用于真核细胞基因编辑的专利授予张锋和博德研究所[10]，加州大学伯克利分校随后对此提出申诉。

博德研究所提出的有关CRISPR-Cas9的时间轴（红色为博德研究所的工作及论文审核、发表相关时间点；绿色为加州大学和维也纳大学研究时间点）| 来源：博德研究所

2017年2月，专利审判和上述委员会（PTAB）确认此前授予博德研究所有关 CRISPR-Cas 9 的专利不存在加州大学伯克利分校所说的“干涉”情况，即该专利仍属于张锋和博德研究所[11]。

2018年9月，美国联邦巡回上诉法院（US Court of Appeals for the Federal Circuit）判定博德研究所于2014年获得的 CRISPR-Cas 9 专利，与加州大学伯克利分校于2012年提交的专利申请并不相互“干涉”或“冲突”[13]。

2014年张锋和博德研究所在美国获批的专利 | 来源：USPTO

作为这一系列专利纠纷的主角，麻省理工学院博德研究所和张锋最终在美国似乎“稳稳地”拿到了当时提交的关于使用 CRISPR-Cas 9 进行基因编辑的专利。（且该专利迄今已被多达76项美国专利参考引用）

但故事远没有结束，詹妮弗和加州大学团队通过不断优化 CRISPR-Cas 9 基因编辑系统，并从自然界寻找新的 Cas 蛋白，开发出新的基因编辑版本或开拓 CRISPR 技术在其它领域的应用，也拿到了 CRISPR 技术相关的一系列美国专利。

2018年7月19日，加州大学詹妮弗和维也纳大学艾曼纽团队在美国专利商标局取得了她们首个 CRISPR-Cas 9 技术的专利，该专利允许在植物和动物细胞中或在体外使用一种“更加简便”的 CRISPR-Cas 9 基因编辑系统的版本[12]。

截至目前，在美国商标专利局授权的 CRISPR 相关的专利中，博德研究所持有14项；而加州大学团队则有15项。（均包括Cas9以及Cfp1）

而在国际专利的赛场上，加州大学团队似乎更胜一筹。

2017年5月10日，欧洲专利局授予加州大学詹妮弗和维也纳大学艾曼纽团队，在欧盟地区（超过35个国家）首个在植物、动物以及人体细胞中使用 CRISPR-Cas 9 基因编辑技术的专利[12]。而博德研究所仅仅拥有10项有关 CRISPR 技术基础性质的欧洲专利[14]。

除此之外，加州大学詹妮弗和维也纳大学艾曼纽团队目前还取得了英国、中国、日本、澳大利亚、新西兰、墨西哥以及其他一些国家有关在细胞中使用 CRISPR-Cas 9 基因编辑技术的相关专利[15]。

“宿敌”？

作为相关专利的持有者，詹妮弗、艾曼纽和张锋之间的“明争暗斗”也从专利裁决延伸至商业战场，这两位优秀的女性科学家同张锋一样，分别创办或参与了多家基于 CRISPR 基因编辑技术的商业公司。

詹尼弗、张锋与艾曼纽创立及投资的公司丨放大灯团队整理

詹妮弗因为专利纠纷离开和张锋一同创办的 Editas Medicine 之后，在美国波士顿又成立了一家有着相似愿景的医疗公司——**Intellia Therapeutics（市值约8.06亿）****。**该公司致力于利用 CRISPR-Cas 9 基因编辑技术并结合其成熟的药物输送系统（LNP，脂质纳米递送技术），为癌症、遗传病、病毒感染、炎症以及其他病患者找到潜在的治疗方法。

目前 Intellia 在开展的包括与再生元制药（Regeneron）合作开发用于治疗甲状腺素运载蛋白淀粉样变性（ATTR）的项目，目前已进入临床前阶段；以及开发其他关于治疗α抗胰蛋白酶缺乏症、原发性高草酸盐尿症1型和急性髓细胞白血病的治疗手段。除此之外，Intellia 还与诺华（NOVARTIS）开展研发合作计划，致力于发展 CRISPR-Cas 9 技术在 CAR-T 细胞治疗和造血干细胞中的应用。

Intellia Therapeutics 目前正在开展的项目 | 来源：Intellia Therapeutics

詹妮弗和张锋一样，也在开拓属于自己的商业版图。她在2011年创办了Caribou Biosciences（生物技术类，融资7460万美元）；2014年私人投资了 Synthego（生物技术类，融资1.597亿美元）；2017年创办了 Mammoth Biosciences（医疗诊断类，融资2460万美元）。

除此之外，詹妮弗还是一家生物投资公司 Orchard Venture Partners 的董事，该公司投资的两家生物科技公司均已上市。

另外还有一家值得一提的公司——2013年由艾曼纽和其合伙人同样在波士顿创办的CRISPR Therapeutics（市值约36.89亿）。该公司主要研究 CRISPR-Cas 9  基因编辑技术及其在 beta-地中海贫血、血友病、杜氏肌营养不良症、囊性纤维化等疾病治疗中的应用。

2019年2月，CRISPR Therapeutics 和 Vertex 宣布开启了全球第一例商业赞助的人体 CRISPR-Cas 9 治疗的临床试验（1/2期）。

CRISPR Therapeutics 目前正在开展的项目 | 来源：CRISPR Therapeutics

艾曼纽在专利方面多数与詹妮弗一同决策，但在商业方面，两位女性科学家则各有发展。她们与张锋之间在科研、专利以及商业方面的竞争和纠缠似乎已成“宿敌”关系。

当然，不论是科研领域，还是商业化的进程，良性竞争都有利于这项技术的发展和应用。这些公司的愿景对于医疗行业、生物技术领域和农业等方面都会是革命性的改变，但是否实现，我们不得而知。

正如博德研究所在其官方网站中介绍，“CRISPR 技术本身是无法被专利化的”。目前两个团队各自得到了有关 CRISPR-Cas 9 技术的部分专利，使得后来加入的许多依托于 CRISPR 基因编辑技术的公司都不得不同时向双方支付高昂的专利授权费用，或花费不菲的代价尝试进一步开发CRISPR-Cas系统或者在其他场景的应用。

2019年6月24日，美国专利商标局发布了第二个关于 CRISPR 技术的****“干涉”****声明（第一个于2014年由加州大学团队提出），认为来自加州大学和维也纳大学团队的10项专利申请与博德研究所、麻省理工大学以及哈佛大学的13项专利和1项专利申请存在相互“干涉”或“冲突”。

 

USPTO第二次发布 CRISPR 专利之间可能存在“干涉”的声明 | 来源：博德研究所

这一声明进一步升级了这对“宿敌”之间在专利赛场上的竞争与纠缠，但今年的一则声明很可能打破原有的局面：

2020年9月10日，PTAB 裁定来自MIT Broad研究所的张锋团队在其已获批的专利中，拥有优先在真核细胞系统中使用CRISPR技术的权力；而CRISPR基因编辑技术在遗传病治疗和基因编辑疗法的运用中，包括人类细胞在内的真核系统，具备更加重要的价值。

这项基因编辑技术的革命性不仅仅是在科学研究的层面，它更是开启了基因编辑治疗的新篇章。作为 CRISPR 基因编辑技术的开创者之一，张锋的科研天赋毋庸置疑，更加难能可贵的是他对于科学技术灵敏的商业化嗅觉，当初跳过细胞外实验和细菌等原核生物，直接在哺乳动物细胞中开展 CRISPR 的相关实验的计划即可印证这一点。

但对于科学技术本身的把握和对技术应用前景的判断，让张锋，不仅仅是一个“诺贝尔奖”级别的科学家。

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年年报 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1674416/000156459019004115/crsp-10k_20181231.htmEditas Medicine 2018年年报 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1650664/000155837019001364/edit-20181231x10k.htmIntellia Therapeutics 2018年年报 https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1652130/000156459019004680/ntla-10k_20181231.htm