2007年，卢西亚诺·马拉菲尼(LucianoMarraffini)踏上了一条当时在科学上孤独的道路：了解CRISPR，大约十年前，它才在细菌中被发现。

十七年后，我们都知道CRISPR是什么：一场医学革命;一生一次的科学突破;迄今为止发现的最有前途的基因治疗工具。但当时，“成簇的规则间隔的短回文重复”是很重要的。只是一些好奇的基因片段，没有已知的用途。

“当我开始时，没有任何迹象表明它有一天会帮助人们治愈遗传性疾病，”马拉菲尼回忆道。

但有趣的是，一种理论认为CRISPR是细菌防御系统的一部分，细菌利用它来抵御病毒(称为噬菌体)和外来遗传片段(称为质粒)的入侵。马拉菲尼当时是西北大学的博士后，是致病菌方面的专家，研究它们如何入侵我们。在转向CRISPR时，他翻转了这个脚本，试图了解它们如何应对自身被入侵。如果CRISPR是一种武器，他想知道它是如何锻造和挥舞的。

他的概念转向得到了回报：两年内，他发表了关于CRISPR的突破性发现，并在此过程中帮助开创了基因组医学的新兴领域。

事实证明，CRISPR是一把基因手术刀，可以极其精确地切割入侵者DNA。Marraffini等人的突破性研究表明，将CRISPR-Cas9(一种对其功能至关重要的蛋白质)移植到人类身上，科学家们不仅能剪掉入侵者DNA，还能剪掉我们自己导致疾病的遗传缺陷。

这些发现很快就取得了成果。英国和美国最近都批准了第一个基于CRISPR的基因疗法，用于治疗镰状细胞病，并且即将获得更多批准。最直接的是，预计将于2024年春季批准治疗与贫血和生长不良有关的血液病β地中海贫血。其他基于CRISPR的治疗方法正在针对白血病、食道癌、肺癌和宫颈癌进行评估。#39;s疾病，以及其他严重的病症。

“我认为这太棒了，”洛克菲勒的凯登家族教授马拉菲尼说。“大多数科学家，尤其是生物医学科学领域，都希望对社会产生一些积极影响。我感到非常荣幸能够做一些可以帮助人们的事情。”

从金融到生物技术

马拉菲尼小时候在阿根廷罗萨里奥第一次对科学产生了兴趣，在那里，《银翼杀手》等未来主义小说诞生了。激发了他的想象力。然而，在高中时，他学习了金融，这是他的父母(一名建筑师和一名教师)鼓励的实用途径。

但资金管理职业的前景让他感到毫无灵感，在罗萨里奥大学，他转而学习生物技术。那是20世纪90年代初，遗传学领域的最新突破让他着迷：在短短几年的时间里，人类基因组计划启动，第一个23对人类染色体的粗略图谱出版，第一个美国联邦批准的基因疗法已成功用于一名患有免疫疾病的4岁女孩。

马拉菲尼毕业后，农业生物技术公司孟山都打来电话，他在那里工作了几年，试图通过遗传学加速植物育种。但这也让人感到不满足。

“我希望能够与一些生物体一起玩耍——以一种没有太多限制的方式进行科学研究，”他说。他回忆道。“如果你从事植物工作，你必须等待很长时间才能让它们生长。但细菌生长得非常快。”

这就是他如何找到自己的博士学位。芝加哥大学著名微生物学家OlafSchneewind实验室的学生，他在那里研究细菌入侵者如何利用蛋白质和酶来定植我们的组织，逃避我们的免疫系统，并产生诱发疾病的毒素。正是在那里，CRISPR引起了他的注意。

基因片段

他在西北大学ErikSontheimer实验室进行了更深入的研究，当时该实验室正在研究RNA干扰(RNAi)，这是一种当时新发现的细胞机制，利用基因自身的DNA序列来沉默基因表达。(几年前，洛克菲勒的ThomasTuschl已证明可以在人类细胞中使用RNAi。)

“RNAi与CRISPR唯一的共同点是它使用小RNA，”马拉菲尼说。“这就是我联系埃里克的原因。尽管他的实验室没有这方面的专业知识，但他立即看到了CRISPR的潜力。”

Marraffini很快在表皮葡萄球菌(人类皮肤微生物组的常见成员)中发现了CRISPR系统。它在那里阻止质粒失控。(质粒与细菌有着令人费解的关系;它们既可能有害，也可能有益。)这证实了CRISPR确实是细菌防御系统的一部分。接下来他必须弄清楚它是如何部署的。

Marraffini在接下来的一年里对表皮葡萄球菌进行了修改，并在2008年的一篇论文中揭示了CRISPR使用引导RNA来破坏质粒的DNA。由于被禁用，这些入侵者无法再复制。

其他研究表明，CRISPR系统还将入侵者的基因片段存储为所谓的“间隔子”。如果它将来遇到相同的序列，它就可以激活免疫反应。事实证明，CRISPR是一种广泛部署的防御系统，天然存在于40%的细菌和几乎所有被称为古细菌的单细胞生物体中。

但CRISPR操纵人类DNA的潜力又如何呢?2008年，这看起来就像《银翼杀手》一样科幻。生物工程复制品——然而，正如马拉菲尼和桑泰默在这篇开创性论文中谨慎指出的那样，这并非不可能。

“引导特定的、可寻址的DNA破坏的能力，”他们写道，“可能具有相当大的功能实用性，特别是如果该系统可以在其天然细菌或古细菌环境之外发挥作用。”

从质粒到人

不久之后，即2010年，Marraffini来到洛克菲勒并成立了细菌学实验室，在那里他开始测试CRISPR系统是否确实可以在其原生环境之外发挥作用。洛克菲勒研究人员奥斯瓦尔德·艾弗里(OswaldAvery)使用肺炎链球菌菌株证明了DNA是遗传物质的载体，受到洛克菲勒研究人员奥斯瓦尔德·艾弗里(OswaldAvery)的启发，Marraffini从相关菌株化脓性链球菌中剪裁了CRISPR系统及其最重要的发现蛋白Cas9，并将其插入缺乏防御系统的肺炎链球菌中。正是在这种经过改造的有机体中，他首次对Cas9进行了编程，以发现和切割他们瞄准的任何DNA序列。

2012年，未来的诺贝尔奖获得者JenniferDoudna和EmmanuelleCharpentier在试管中用Cas9切割DNA。一年后，马拉菲尼与博德研究所的张峰进行了一项开创性的合作，表明在人类细胞中也可以做到同样的事情。其他机构的研究人员(包括早在1984年开发出第一个直接基因组测序方法的哈佛大学GeorgeChurch)也得出了类似的结论。

从那时起，Marraffini不断对各种CRISPR-Cas系统的工作原理做出开拓性的发现，有时还与其他洛克菲勒实验室合作。已发现6个类型和19个亚型。考虑到细菌和噬菌体的非凡多样性，其数量可能比细菌种类多10比1，因此可能会鉴定出更多类型。其中一些系统剪切噬菌体或质粒DNA，其他系统剪切RNA，还有一些是两者的组合。有些病毒并不直接攻击入侵者，而是引发神风特攻队任务，消灭细胞和噬菌体，正如马拉菲尼实验室最近发现的一种变化。

他的实验室还致力于发现和表征新型抗噬菌体防御系统——细菌城垛中的非CRISPR防御系统。正如CRISPR一样，这些尚未发现的机制有一天可能会产生新的工具和治疗方法。

超越实验室

Marraffini也是两家公司的联合创始人和顾问，这两家公司正在直接开发CRISPR-Cas疗法来治疗多种疾病。IntelliaTherapeutics正在开发针对肝病、肺病和两种凝血疾病(A型血友病和B型血友病)的项目。两种罕见的遗传性疾病——运甲状腺素蛋白淀粉样变性(其特征是肝脏生成的蛋白质堆积)和遗传性血管性水肿(导致反复发作的严重肿胀)的治疗均处于临床试验阶段。

另一方面，Eligo试图让细菌防御系统针对自身，或者至少针对其他细菌。“我们的目标是利用CRISPR来治疗细菌感染，”他描述道。正如CRISPR可以杀死噬菌体一样，你也可以对其进行编程来杀死细菌。从技术上来说，这并不容易做到，但这就是我们的目标。”

基因编辑的美丽新世界毕竟并不那么科幻。这只是科学。“我们已经成功地对这个自然系统进行了编程，以至于我们能够以惊人的速度将其投入临床使用，”马拉菲尼说。“CRISPR的故事确实证明了基础研究的重要性。”

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