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基因魔剪：改造生命的新技术 第三章 CRISPR‐Cas 9浪潮席卷美国
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CRISPR‐Cas 9中蕴藏着改变世界的能量。如今，全世界的研究者都热衷于对其进行进一步改良，其中获得了最多成果的，要数前文曾提到过的张锋博士了。正是这位科学家，确认了CRISPR‐Cas 9对于人类和小鼠同样有效。
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“明年可能会获得诺贝尔奖。”“哪怕是不认识的研究人员发邮件咨询，他也会慷慨地提供基因组编辑工具。”“毫无疑问（他）是位天才，性格坦率毫不做作。”认识他的日本研究者们如是说道。一言以蔽之，他是一位“了不起的好人”，而且还是位仅30岁出头的年轻人。
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为了会见张锋博士，我们决定前往美国东海岸的波士顿。从波士顿的爱德华·劳伦斯·洛根将军国际机场驱车一小时，来到横穿市中心的查尔斯河南岸，张锋博士的研究中心就位于排列着欧式红砖建筑的老城区附近。
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在麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）校园背后的一角，耸立着一幢有着大企业总部风貌的高层建筑，玻璃外墙反射着眩目的日光。这就是哈佛大学与MIT共同运营的研究场所——博劳德研究所，张锋博士在所里担任主任研究员。
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基因魔剪：改造生命的新技术 机缘始于电影《侏罗纪公园》
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博劳德研究所设立于2004年，其目的是进行与医疗和生命科学相关的研究。创立者是参与了人类基因组测序计划的MIT怀海德研究所（Whitehead Institute）的埃里克·兰德（Eric Lander）博士。考虑到在封闭研究所内进行的小型项目研究能力有限，为了能进行横跨医学、生物学、化学以及工程学等多个领域的大规模合作研究，他设立了这间研究所。不仅是MIT，哈佛大学及其名下的多家医院也参与其中。目前，研究所在以基因工程为主的多个领域同时展开了最尖端的研究，以推进疾病的机理解析等工作。张锋博士于2011年1月加入博劳德研究所，之后逐渐在基因组编辑技术的开发领域取得了世界领先成就。
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进入研究所，在前台进行登记后，我们来到了张锋博士位于研究所中间楼层的办公室。房间约15平方米大小，位于角落，两面临窗，可以俯瞰波士顿街景。办公室设有宽大的木质书桌和书柜，中间是一组白色的皮质组合沙发，装修风格简洁务实又不失时尚感，感觉更像是创业公司的总裁办公室。在我们正与工作人员交谈时，张锋博士走了进来。
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“嗨！”他身穿牛仔裤和黑T恤，外搭浅蓝条纹衬衫，脚踩运动鞋，笑容满面地伸出手，和我们的工作人员逐一握手。“好年轻……”张锋博士此时只有33岁，比所有工作人员都年轻。
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“你们知道我是从什么时候开始对基因操作产生兴趣的吗？”
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负责录音的工作人员还在往他的衣领上安装用于采访的微型麦克风，张锋博士就打开了话匣子：“是在爱荷华州读小学的时候，当我在电影欣赏课上看到《侏罗纪公园》时。”他愉快地继续说道。
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11岁时，年少的张锋跟随父母从中国来到美国，在美国中部的爱荷华州长大。赴美之后不久，他就在学校观看了史蒂文·斯皮尔伯格导演的大作《侏罗纪公园》。电影中的一个场景给他留下了深刻的印象——从被封闭在琥珀中的蚊子嘴里提取出恐龙的基因，令其复活。少年张锋被电影里自由操作基因的科学家们的风采所吸引，日后，自己也成长为科学家，并且创造出了进行基因操作效率最高的方法。
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基因魔剪：改造生命的新技术 “超级工具”诞生之前
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2013年2月，张锋博士获得了全球极大关注。他在发表于学术期刊《科学》（Science）的论文中证明，凭借CRISPR‐Cas 9技术，即使是不熟练的科研人员，也能随心所欲地对人类或小鼠的细胞基因实施精确切断。CRISPR‐Cas 9诞生于2013年之前，但获得广泛关注却是因为这篇论文的发表。这篇论文证明了它能应用于人类和动物，因而被全球科学家视作重大突破。因此，也有不少科学家认为，CRISPR‐Cas 9是诞生于2013年2月的新技术。
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那么，张锋博士是在什么样的情况下开始研究基因组编辑的呢？他从学生时代开始追本溯源，向我们介绍了他的研究经历。
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“我最早对基因组编辑产生兴趣，是在读研究生的时候。当时我所开发的是对动物大脑进行研究的技术，而该研究主题的延伸范围就涵盖了基因组编辑。”
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以往，为了研究动物大脑的运作，除了在动物死后对其大脑进行解剖外，还可以采用对动物活体实施电刺激等方法。然而，通过这些方法所能获知的信息十分有限。张锋博士加入了斯坦福大学卡尔·戴瑟罗特（Karl Deisseroth）博士的研究组，探索对活体动物的大脑直接进行研究的新方法。研究组发现，可以用光控制动物脑内的某种特殊细胞群，从而实现在活体状态下对其认知能力和细胞功能进行解析。依据此原理开发出来的，就是被称作“光遗传学”（optogenetics）[3]的技术。在动物脑内的特定神经细胞群之中，研究者需要直接导入“合成会对光产生反应的蛋白质的基因”。只要能顺利导入该基因，就能通过光照激活光敏蛋白，从而检测出动物大脑是否在运作，甚至进一步控制大脑的运作，因此被认为是划时代的技术。
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但是，这项研究需要面对一个无法回避的难题：如何将基因导入神经细胞之中。对此，张锋博士等人给出的答案就是利用基因组编辑技术。他们最初认为，当时已经成熟的基因组编辑第一代ZFN技术应该能够解决问题，但经过尝试之后发现ZFN使用起来非常困难，这才将目光投向了更易于使用的基因组编辑第二代TALEN技术和第三代的CRISPR‐Cas 9技术。
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围绕CRISPR‐Cas 9，张锋博士决定对细菌的免疫系统展开研究。如第二章所述，在此之前，詹妮弗·杜德娜博士和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶博士等人的研究组已经发现CRISPR‐Cas 9可以在大肠杆菌中发生作用，准确地切断目标基因。然而，人们尚无法确定对于哺乳动物的基因是否也能实现相同的效果。针对这一点，张锋博士将CRISPR‐Cas 9注入小鼠和人类的细胞之中反复进行尝试，以找到能令CRISPR‐Cas 9如预期般发挥作用的设计方案。
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结果发现，往“人293FT细胞”这一细胞之中同时注入能切断基因的Cas 9内切酶，以及Cas 9工作所必需的tracrRNA、pre‐crRNA和RNase序列等物质，就能实现基因的精确切断。张锋博士因为这个划时代的研究成果而获得世界瞩目，其论文自从2013年2月在Science杂志上发表之后，一直在世界范围内被广泛引用。
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如今，在张锋博士的实验室中，每周都会诞生10种左右的CRISPR‐Cas 9新版本。目前实验室正在开发一类技术：将CRISPR‐Cas 9组合到存在于细胞之中的一种DNA分子——质体[4]之中，再送入细胞内，然后尝试通过改变质体，对起剪刀作用的Cas 9进行改良。当然，除此之外，根据接受基因组编辑的动物种类或细胞种类的不同，也必须使用不同版本的CRISPR‐Cas 9。
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