“基因魔剪”背后专利之争:基因编辑“一哥”张锋为何无缘诺奖？

21世纪经济报道2020-10-08 14:50:142阅

原标题：“基因魔剪”背后的专利之争：基因编辑“一哥”张锋为何无缘诺奖？

北京时间2020年10月7日下午，诺贝尔奖化学奖正式揭晓，加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和德国马普感染生物学研究所教授埃马纽尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）成为该奖项历史上第六、第七位女性获得者，获奖理由是“发明了一种基因组编辑的方法”。

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诺奖委员会说道，杜德纳和卡彭蒂耶开发了基因技术中最锐利的工具之一：CRISPR-Cas9“基因剪刀”。利用这项技术，研究人员可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA。这将对生命科学产生革命性的影响，可以帮助研究者开发新的癌症疗法，并使治愈遗传疾病的梦想成为现实。

作为这项研究的先驱女性化学家，杜德纳早在2012年就和另一位科学家卡彭蒂耶率先提出了CRISPR-Cas9用于基因组的可编程编辑，被认为是生物学史上最重要的发现之一。

2014年在波多黎各的一次研究会议上，卡彭蒂耶认识了杜德纳，随后两人一同开展研究。CRISPR-Cas9技术从默默无闻到如今获奖，为世界所关注，是对基础科研工作的肯定，也是对两位女性在化学领域所作出贡献的肯定。

01“魔剪”CRISPR-Cas9的前世今生

CRISPR是Clustered RegularlyInterspaced Short Palindromic Repeats（成簇规律间隔短回文重复序列）的首字母缩写，为基因组DNA上的一段特殊序列，源于细菌及古细菌中一种获得性免疫系统，能够识别出入侵细菌的病毒，并通过一种特殊的酶破坏入侵病毒。

早在1987年，CRISPR就被日本科学家发现，但直到杜德纳和卡彭蒂耶开始研究，发现了一种名叫Cas9的蛋白，CRISPR才显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力，在农业、生物医药和人类健康方面发挥着极大的功用。

2012年，杜德纳和卡彭蒂耶在《科学》杂志上发表了第一篇研究论文，提出两人带领的团队纯化了Cas9蛋白，首次在体外证明了使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链，指出CRISPR在活细胞中有修改基因的能力。

科学家通过CRISPR可以高效、精确地改变、编辑或替换植物、动物甚至是人类身上的基因，经过改造的CRISPR技术被广泛应用于农业和生物医药领域。由于简单、廉价和高效，CRISPR已经成为全球最为流行的基因编辑技术，被称为编辑基因的“魔剪”。

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02CRISPR–Cas9如何运作？

成簇、规律间隔的短回文重复序列——CRISPRs中分布着细菌从侵入体内的病毒上获取的特殊DNA片段，用于对入侵病毒进行基因标记识别。

科学家如果想改变或去除一个基因，最先进的方法，是定制一种能找到特定DNA位点并对其进行切割的酶。每修饰一次基因，科学家都不得不设计一种新的蛋白，专门针对想要修饰的DNA序列。但杜德纳和卡彭蒂耶意识到，Cas9蛋白——这种链球菌用于免疫防卫的酶，会用RNA来引导自己找到目标DNA。为了探测作用位点，Cas9-RNA复合物会在DNA上不停“扫描”，直到找到正确的位点。

Cas9蛋白的每次扫描，都是在搜索同一段短小的“信号”序列。Cas9会附着到DNA上，检测邻近序列是否和充当向导的RNA匹配。这种RNA叫做向导RNA（guide RNA，简称gRNA），而只有当gRNA和DNA匹配时，Cas9蛋白才会对DNA进行切割。

通过设计导向RNA，使之与细胞基因组的特定位点相结合，研究者们可以将Cas酶定位到他们感兴趣的基因位点进行切开，常用的Cas酶类型是Cas9。DNA切开将引发DNA的修复，从而使我们能够对这一兴趣位点进行精确编辑。

03 CRISPR-Cas9带来的影响与伦理问题

CRISPR-Cas9被研究人员运用在探索艾滋病、阿尔茨海默病、精神分裂症等疾病的治疗方法。利用CRISPR/Cas9技术，科学家可以对人造血干细胞进行基因编辑，由此实现让干细胞在动物模型中长期稳定地重建造血系统，且其产生的外周血细胞具有抵御艾滋和白血病能力。

目前全球已有多个CRISPR-Cas9技术在临床上的成功案例，中国科学家就曾利用CRISPR-Cas9完成了世界首例基于基因编辑干细胞治疗艾滋病和白血病的案例。但随着该技术将生物体的基因修饰过程变得相当简单与廉价，研究人员和伦理学家甚至开始担心，这会催生负面效应的发生。此外，基因编辑潜在的基因脱靶风险也成为其临床应用的最大障碍。

杜德纳对此表示：“科学的进步不应该因为担心伦理问题而停滞不前，相反，基础研究是非常重要的，能够帮助科学家解释很多根本性的问题。我总是希望我们科学家能够以负责任的态度来推进科学的发展。”

截至2020年，诺贝尔化学奖共有185位获奖者，此前只有5名女性，包括获得物理学奖和化学奖双料诺奖的居里夫人（玛丽·居里）。如今杜德纳和卡彭蒂耶的加入，使女性诺贝尔化学奖得主增加到了7名。而令人遗憾的是，CRISPR-Cas9技术研究另一先锋——华裔科学家张锋教授与诺奖失之交臂。而这背后还暗含着专利之争。

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2012年8月17日，夏彭蒂耶和杜德纳合作在《科学》杂志发表了一篇研究论文，成功解析了CRISPR/Cas9基因编辑的工作原理，首次在体外证明使用Cas9的CRISPR系统可以切割任意DNA链，指出CRISPR在活细胞中修改基因的能力。

7个月后，华人科学家、麻省理工学院教授、博德研究所资深研究员张锋于2013年2月在《科学》杂志发表文章，首次将CRISPR/Cas9基因编辑技术应用于小鼠和人类细胞。

理论需要实践来证实。张锋不但首次实现了CRISPR在哺乳动物细胞中的基因编辑，还就此申请并早于杜德纳和卡彭蒂耶得到了专利。与后者不同，张锋还申请了“适用专利加速审查机制”，适用程序的专利申请可在12个月内获批。2014年4月，美国专利商标局（USPTO）批准了张锋所在的博德研究所的专利请求，其中包括多项广泛涉及CRISPR-Cas9在真核细胞中进行修改的基础专利。

04 专利之争

杜德纳和加州大学伯克利分校随即提出异议。加州大学伯克利分校表示，杜德纳和卡彭蒂耶团队先于博德研究所提交专利申请，其专利申请的优先日期是2012年5月25日，但由于博德研究所寻求了加速审核流程，后者被首先授予了一些重要专利。

2016年，杜德纳和卡彭蒂耶团队向美国联邦法院提起上诉，被驳回。此后该团队继续申诉，美国专利审判和上诉委员会（PTAB）介入，最后裁定博德研究所张锋团队在其已获准的专利中，拥有将CRISPR系统用于真核细胞的“优先权”，同时也肯定了杜德纳和卡彭蒂耶团队是CRISPR基因编辑技术的关键发明者。

CRISPR的专利战并未就此结束。2017年4月，加州大学伯克利分校再次提起上诉，申请撤销PTAB的判决，博德研究所也就此提出诉讼，争论持续到美国时间2018年9月10日，美国联邦巡回上诉法院（CAFC）最终裁定麻省理工学院张锋教授及其所属的博德研究所拥有的CRISPR专利有效，维持了PTAB在2017年2月的判决。判决电子文件中表示，美国专利及商标局认为，博德研究所的发明与伯克利的申请涵盖不同范围，二者并不存在冲突。

加州大学伯克利分校并不认可这一结果，提出“博德研究所只是使用常规现成的工具”、在植物和动物中应用CRISPR-Cas9的六个研究小组之一，并表示下一步可能“要求联邦巡回区上诉法院重新考虑决定或向美国最高法院提出请愿”。

裁定获益方博德研究所则发表声明说：“博德研究所和加州大学伯克利分校的专利和申请涉及不同的主题，因此不会相互干扰，除了诉讼之外，我们应当共同努力，确保这项变革性技术能够广泛、开放地获取。”