电子显微镜检测张峰：34岁的时候，你是如何成为

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     没有人能猜测，34岁的张峰，他那一代更具变革性的生物学家，可能在不久的将来在两个领域争夺诺贝尔奖；或者他的发现可能最终治愈人类健康的一些最危险的疾病，从孤独症、精神分裂症到癌症。换句话说，他发明的一种基因工具可以把人类带入定制婴儿的乌托邦时代，并引起世界范围的轰动。
    
     那时，年轻的父亲、丈夫和儿子张峰，努力向家人和记者解释他为什么经常在凌晨1:00、2:00甚至3:00从实验室回家。
    
     他告诉记者，这是一份非常重要的工作。他邀请记者吃早午餐。他说他喜欢这份工作，他想做他的工作，这样他就能负担得起导师的投资，而且……
    
     11岁的时候，张风带着母亲离开中国定居在爱荷华州的得梅因。几年后，张风上了高中，在基因治疗实验室实习。他经常回家很晚，他母亲经常要在车里等上几个小时。嗯，他们开车回家去看落叶的景象。母亲和儿子惊讶地发现树叶会在短短几个月内枯萎或濒临死亡。他们谈论一个人的时间是多么的有限，她的母亲回忆说，没有树叶，生命是多么容易从世界上消失。张峰说：对我来说，尽我所能是很重要的。
    
     今年夏天，斯塔开始关注张峰，跟随他通过无数次讲座，采访他的导师和实验室成员，并与他交谈了几个小时，关于他生活中不为公众所知的许多细节。张峰的形象已经逐渐变得清晰：一个敏锐的眼睛。温和的科学家，一个雄心勃勃的移民，一个在他被接受的土地上爬上更高高度的奋斗者，和缓慢而不耐烦的研究他的领域。
    
     同事们注意到张峰在很多方面都有很强的能力，比如早期发现有前途的想法，在低年级的实验室成员中激发创造力，似乎在一些话题上取得了迅速的成功，但是只有一些常规的进步，张峰会抵制选择的诱惑。做一些冒险的话题。每当实验室成员提出一个计划时，张峰会问：这是一个小把戏，看起来很聪明，但不相干，还是一个真正的创新
    
     在遗传学和神经科学领域，张峰对这两项革命性技术的发展作出了重要贡献。当他还是研究生时，他是光学遗传学研究小组的关键成员之一。该小组开发了一种利用光激活的技术。e脑神经元，让科学家们弄清楚哪些神经回路控制哪些行为，并找出精神疾病的根源，如精神分裂症和双相情感障碍。仅仅几年后，张峰做了另一份工作，使他成为世界的生物学家之一：如何edi。植物和动物的基因组，包括人类，快速、容易和有效。
    
     一些实验室已经使用这个工具来修饰人类免疫细胞，使它们不被HIV感染；治疗小鼠的肌肉营养不良、白内障和遗传性肝病；以及增加诸如水稻、西红柿、柑橘、烟草和小麦等作物的产量。新的人类卵、精子和胚胎。父母可以选择孩子的个性、运动能力和外表的特征，就像定制雷克萨斯车一样，这很糟糕。
    
     被称为CRISPR-Cas9的技术的出现导致了三个（生物技术）公司的迅速建立，这吸引了数亿美元的风险投资，从而开创了分子生物学的新纪元。
    
     麻省理工学院的生物学家菲利普·夏普（Phillip Sharp）评论道，这项技术改变了我们做科学的方式，他获得了1993年的诺贝尔生理学或医学奖。
    
     基因编辑工具如此强大，将对环境和人类产生巨大的影响，因此世界各地的科学组织将于下个月（12月）召开全球论坛，起草一份负责任地使用该技术的指南。
    
     张峰是马萨诸塞州剑桥大学布罗德研究所最年轻的实验室主任。伯德研究所是马萨诸塞理工学院和哈佛大学的基因组学研究中心。张峰是该机构的八名核心成员之一。他的许多博士后都是。托拉尔和研究生都比他大。他总是微笑，轻快地走进导演埃里克·兰德的办公室，炫耀他最新的酷数据。
    
     在CRISPR技术发展的过程中，张峰的贡献仍然是一场激烈的专利战的焦点。如果张枫和博德研究所获胜，他将成为麻省理工学院最富有的科学家或企业家之一。这是张枫童年在爱荷华州从未想象过的未来。当他次从中国来到美国时，他的母亲开始从事艰苦的工作，比如在汽车旅馆打扫卫生，甚至如果她是一名计算机工程师，张峰的父亲，中国科技大学的行政人员，几年没有和他们在美国生活了。
    
     在得梅因，中学的生物课仍然停留在福尔马林中溶解青蛙的阶段。然而，张峰很幸运地参加了一个分子生物学周六的改进计划。那里的老师非常聪明，他们发现参与其中的一个明智的选择。一群孩子要给他们看电影《侏罗纪公园》。
    
     我的父母都从事计算机科学，所以我一直对编程感兴趣。张峰回忆说。1993年的电影，关于傲慢的研究人员混合恐龙和青蛙的DNA，使灭绝的爬行动物复活，向我展示了生物学也可以是一个可编程系统。
    
     张枫心中种下了一粒种子，他意识到，生物体的遗传指令可以重写，以改变其特性，就像父母写电脑代码一样。
    
     1995，张峰获得了个从活生物体中提取DNA的机会。他是西奥多·罗斯福高中二年级的学生。学校有一个有天赋的学生项目，老师问张老师下课后他是否愿意在附近的卫理公会医院做基因治疗实验室的志愿者。我说，这太棒了！张峰回忆道，虽然当时他对现代生物学的知识几乎为零，但实验室主任约翰·利维博士并不介意自己是白人。
    
     每天下午，李维博士坐在休息室里，喝茶，在白板上写文章，解释分子生物学的一些概念。张很快学会了关键技术，并成功地完成了他的热身计划：利用病毒将绿色荧光蛋白基因从水母转移到人体。黑色素瘤细胞，在黑暗中发光。
    
     这不是恐龙的复活，但是张峰编辑了一个物种的细胞以表达另一个物种的基因，正如细胞发出的奇异的绿色荧光所证明的那样。它们很明亮！甚至20年后，张峰还记得激动人心的事。
    
     在今年余下的时间里，张先生研究了荧光蛋白是否保护DNA免受紫外线辐射的影响，紫外线辐射吸收了可能致癌的紫外线辐射。他发现荧光蛋白可以做到这一点，这个实验成为张峰在爱荷华科学展览会上的一个项目，张峰回忆说，吸引像我这样的孩子，我们都很古怪。
    
     在高中三年级的时候，张峰在Levy的指导下，利用病毒完成了另一个基因工程，并获得了2000年英特尔科学人才搜索三等奖和50000美元的奖学金。
    
     这个计划给了我治疗艾滋病的好主意。张峰说。这不是一个高中生能做的事情，一个高中生没有条件去促进荧光蛋白工作，去测试预防紫外线是否能够预防黑色素瘤。有趣的科学发现通常不会产生什么效果。
    
     在获得哈佛大学的全奖后，张峰主修化学和物理，同时也主修庄晓伟的流感病毒研究实验室。2004年发表在更高科学杂志上的研究结果描述了流感病毒是如何进入细胞的。发现是张峰在爱荷华最早接触水母。
    
     在实验室里，张峰有点像朱莉娅·查尔德，他总是创造奇妙的东西，但是经常有实验室版本在地板上扔火鸡。一个现场直播的土耳其被扔到了地板上。在做有机化学实验时，他忘了加酸。张峰回忆道，对于热反应是禁忌，所以一切都变成泡沫，并在化学安全柜中爆炸。
    
     还有一件事对张枫的影响更持久。他的一个密友患了严重的抑郁症，张枫花了很长时间帮助他确定他没有自杀。然而，这位朋友患了严重的抑郁症，最后不得不暂停在哈佛大学的学习。一年了。张峰深受感动，决定献身于科学，以便研究更好的精神疾病疗法。
    
     爱因斯坦以每年发表五篇划时代的论文而闻名，而张枫即将走上几乎相同的高生产率道路。2004年6月从哈佛大学毕业后，张枫前往斯坦福大学攻读研究生，并加入了卡尔·迪瑟罗斯（Karl Deisseroth）实验室。神经生物学教授。他们和另一名研究生Ed Boyden一起发明了光遗传学：他们让光感受器进入神经元，通过光激活特定的神经回路。张峰的贡献是开发一种以病毒为载体来转移外源基因的系统。O神经元，允许基因表达产生光敏蛋白。
    
     2007年，在接受记者采访时，Detherot要求张峰将光感受器引入实验小鼠的运动皮层神经元。果然，光能激活神经元，使大鼠能够旋转（视频链接）。今天，光遗传学被认为是神经科学的一项重大成就，全世界的研究人员用它来定位各种疾病的神经回路，包括精神分裂症、抑郁症或孤独症。
    
     在获得博士学位后，张峰开始思考如何能够像光遗传学一样容易地将基因插入动物细胞中，但是适用于任何动物和任何基因。2009年，他担任了哈佛大学研究员协会的职位。这个有声望的职位是给那些没有遗传基因的人。博德研究所神经生物学家、哈佛大学前院长史蒂文·海曼（Steven Hyman）说，追求独立和创造力。
    
     但是这个职位没有提供实验室，所以张央求借用哈佛老科学实验室的一角。他的工作开始于的基因编辑技术：具有锌指结构的蛋白质识别特定的DNA序列并切断它们。细胞可以修复这种剪切。当然，如果将外源DNA导入细胞，细胞也可以结合DNA。问题在于锌指极难操作，张峰说。
    
     2009年，科学家们还开发了另一种叫做TALEs的基因编辑技术。但是和锌指一样，TALEs也很难操作。张先生回忆说，我教过学生如何构建TALEs，但是花了他们三个月的时间掌握了这项技术。作为主要作者，他发表了一份关于TALEs的研究。他们开创的TALEs技术可以自动靶向人类和小鼠细胞中的特定DNA序列，激活或关闭特定基因。但他并不满意：我认为有更好的方法来进行基因编辑。
    
     张峰的独立研究职位即将到期。他需要找到一份工作。麻省理工学院麦戈文脑研究所的神经科学家兼主任罗伯特·戴西蒙曾听到张峰的导师Desirot称赞他是一个令人震惊的人物。对于一个像科学研究这样的协作性工作，论文中有超过十位作者。你总是想知道H是谁。正如麦戈文所说的那样，张峰研究所提出的问题最终决定了张峰在光遗传学的科学研究中起到了关键作用。Daisymond补充说，张峰的论文是他在这一阶段的神经科学史上发表的最强记录。r. Zhang Feng被麻省理工学院和博德研究所录取。
    
     2011年2月，在博德咨询委员会的一次会议上，一位访问学者报告了细菌基因组中一种名为CRISPR的免疫系统的研究。张峰回忆说，当时我坐在房间后面，有点心不在焉，但是这个奇怪的名字立刻引起了他的好奇心。
    
     我不知道CRISPR是什么，但是我很兴奋能用Google搜索它。幸运的是，这个领域已经很久没有启动了，也没有太多的文献可读。几天后，在迈阿密的一个会议上，他花了大部分时间在一家酒店阅读关于CRISPR的论文。
    
     他了解到CRISPR是微生物学家在细菌中发现的具有规则全名簇的短回文重复序列。CRISPR在细菌中的作用是抵抗病毒的入侵。CRISPR系统有两种搜索和破坏机制：使用遗传物质。l RNA用于寻找DNA的特定序列，并使用一种叫做Cas9的酶来切割DNA。当时，该领域关注使用CRISPR生产更好的酸奶。
    
     张峰有一个更大的目标，我们能让它在人类细胞中发挥作用吗他发电子邮件给他的研究生康科德，这可能是一个大项目。
    
     这确实是一个大胆的目标。继续研究TALEs是一项更复杂的技术，肯定更安全，.后来回忆道，但我们决定尝试CRISPR，这值得冒险。
    
     回到剑桥后，Cong立刻意识到张峰为什么如此激动。故事使他们疯狂。合成一个接着一个的蛋白质需要大量的工作，并且常常不能瞄准他们想要的DNA序列。但是CRISPR使用RNA而不是蛋白质来识别基因组中的特定DNA序列。以丝线穿过珠粒。
    
     他们没有像其他科学家那样在细菌中热身，而是直接跳进人和老鼠的细胞，如果CRISPR能在这些高等动物的细胞中起作用，它马上就能证明它的医学价值。把它一个一个地分解。
    
     刚开始的时候，只有张峰和我拼命工作，聪乐说。他们花了几个月时间测试Cas9酶，特别是看它们是否能进入人类细胞核。CRISPR系统起源于细菌，不含细胞核，所以不能保证在真核工作。我们希望证明CRISPR比TALEs更有效，TALEs是革命性的，为基因组编辑提供了新的选择。
    
     他们经常工作到晚上11点或更晚。张峰不得不教学生，直到下午晚些时候他才开始实验。他们休息时吃拉面、中国外卖或卷饼。只有一次，张峰决定暂时去公寓中心参加一个聚会。试着尝一尝龙舌兰酒（每个人只喝了一口，晚上他们都回到实验室）。
    
     这两位科学家希望证明至少两件事：CRISPR可以编辑小鼠和人类细胞的基因组，编辑后的基因组可以按照他们的想法工作。他们用绿色荧光蛋白追踪基因，而张在高中时对此有热情；他们用荧光显微镜，而且很先进。研究绿色荧光的细胞：细胞中的绿色荧光越少，绿色荧光基因CRIPSR就越少。
    
     张峰说，到2012年春季，基础工作已经完成，他们有足够的数据发表文章。但这只是一篇普通的文章。他说，我不想仅仅因为结果已经发表就做出贡献。我想等待，直到我们取得了重大进展，而不仅仅是一号。
    
     但是竞争确实发生了。2012年6月，由瑞典乌米大学的埃曼纽尔·夏本蒂尔和加利福尼亚大学伯克利分校的珍妮弗·杜德娜领导的小组在《科学》杂志上发表了一篇文章，报道了利用CRISPR-Cas9在试管中切割DNA。利用RNA编辑基因组的可能性。
    
     张枫并不觉得自己的结果被抢先了。他说许多生化工具在试管中工作，但它们不能在人体细胞中工作。在卡本蒂尔和杜德纳发表文章之前，刚果回忆说，他们使用完全独立、不同的方法编辑基因组。g Cas9，这完全不同于Carpentier和Dudner论文中提出的策略。我们在文章发表之前已经弄清楚了这些细节，丛说张峰在6月份之前提交的基金申请中包括了这些细节。
    
     更重要的是，当他们阅读竞争对手的论文时，他们发现使用CRISPR-Cas9系统描述这两个分子的方式与张峰的团队设计的方式非常不同。在试管中使用的系统缺少活细胞基因组编辑的关键部件。
    
     整个夏天，研究小组在恒定的压力下工作，收集数据表明他们的系统不仅可以针对人和小鼠细胞，而且可以同时针对多个位点的特定序列。他的同事们形容这是一个技术初创公司。张枫意识到自己做了一个杀手级应用，把很多人投入战场，就像一个统帅一个士兵。我们，张枫，强调了这个词，证明我们可以编辑人类基因组。
    
     2012年10月5日，他把它寄给了《科学》，2013年1月上旬，连同哈佛大学教授乔治·丘奇（George Church）的一篇类似的论文，在网上发表。张峰在哈佛大学的实验室里担任研究员。当问到张峰是否知道他的前任顾问也在发票。在克里斯珀比赛中，他说他不知道。
    
     媒体上有一些关于张峰的坏消息，他偶尔在Twitter上受到攻击，因为麻省理工学院花70美元加速审查他的CRISPR相关专利。竞争者形容这是一个可疑犯，因为Dudner和Capentiere比张峰提前几个月提交了专利。G，但尚不清楚这是否会影响专利决策的结果。
    
     当时，美国专利局要求授予个人发明或构想新事物的专利权。张峰提交了一份实验室的成绩单，以证明实验室确实是个（思想或发明），这将比出版商占有更大的比例。根据目前的优先应用系统，专利可以授予DUD和Capon Siti Jerzy。但是，在传统实用发明优先体系下，麻省理工学院在2014年4月获得了一项关键专利，使用CRISPR编辑植物和动物基因组，张峰被列为。发明家之一。
    
     加州大学伯克利分校对这一决定提出控诉。该校认为，杜德纳和卡本蒂尔在CRISPR方面取得了重大突破，特别是在识别使CRISPR起作用的三个关键分子方面，而张峰在动物细胞中的成功只是个延伸。关于他们的工作。
    
     张不同意，他说Dudner和Carpentier的2012年论文表明你可以在试管中切割DNA。但是如果很明显它延伸到植物和动物细胞，为什么我们的论文被《科学》杂志接受呢张峰问道。2011年，他说，他有在动物基因组和人类细胞中使用Cas9的想法，并且他设计了不同于Dudner和Carpentier描述的RNA。
    
     张峰的突破打开了CRISPR研究的大门：标题为CRISPR的科学论文数量从2012年的90篇增加到今年的741篇（而且数量还在增长）。张峰还使用一个叫做Addgene的非营利组织与世界各地的生物学家分享CRISPR信息。
    
     人们对CRISPR的浓厚兴趣反映了它在基础研究和商业研发方面的巨大力量。然而，很少有媒体报道CRISPR没有提及婴儿的设计。CRISPR技术可用于几乎所有类型的细胞，包括人类卵子、精子和胚胎。生殖细胞，如人工编辑的细胞，意味着携带基因组2.0的版本。他或她的后代也是如此。这引发了公众对基因编辑的热情，并且有人猜测CRISPR是否能够增强个性、认知、行为和p生理学特征。
    
     今年4月，中国科学家报道利用CRISPR对体外受精不能存活的人类胚胎基因组进行编辑，引起了轰动。科学院将于下月召开基因组编辑峰会，讨论该技术的前景、风险和监管需求。S.
    
     十月份，张向科学院报告了他的工作，强调他的实验室和他共同创立的Editas医学公司正在开发基于RISPR的治疗方法，以治疗镰状细胞贫血，这种治疗方法不是针对生殖细胞，而是针对其他细胞，如编辑血细胞。即使一个基因一次可以被改变，它就足以引发一场革命。
    
     张枫的工作效率最为突出。自2013年以来，他已经发表了38篇关于他的突破性CRISPR论文的论文。他的实验室一直忙到深夜，而且张枫经常和年轻的同事一起愉快地使用吸管。他和家人晚饭后会回到实验室，他的妻子，他蹒跚学步的女儿和父母挤在离波德研究所一英里远的公寓里，因为他通常迫不及待地想第二天早上看结果。张峰的博士后研究员纳奥米·哈比布说，他不把你在实验室的时间算在内，这树立了一个榜样，但是他感染了我们。以他的热情。
    
     当哈比告诉张说她要生第二个孩子时——许多实验室的老板，不管是男的还是女的，都不会说话甚至生气——张安排了一位技术人员加速她的实验并在她不在的时候继续进行。
    
     他把这种荣誉归功于其他科学家，甚至是实验室底层的科学家。在2014年，张峰和他的同事编辑了一个新的CRISPR相关蛋白系统，他把这个系统命名为SAM，表面上是协同激活调解剂的缩写，但却是这三个学生名字的缩写。谁做了这项工作，我们需要一个陌生的名字来取悦审稿人，张峰说，但实际上山姆是他们的名字。
    
     正如他次听说CRISPR一样，他有着不可思议的能力去发现一个想法的潜力。五月，一位科学家参加了伯德研究所的基因组编辑会议，指出一些细菌可能使用Cas9以外的酶来切割DNA。然后张峰漫不经心地走向他的一个Gra。学生，Bernd Zetsche，问：你忙吗嗯，蔡车嗯啊，有一段时间，显然他有一个正在进行的项目，但是张峰会向蔡车指示他最近的头脑风暴。
    
     到九月份，他们已经发表了一篇论文，描述了一个可以用来编辑人类和其他物种基因组的新的分子剪刀家族。蔡说，不知为什么，他还没有从这种不可思议的摇摆中恢复过来，而且实验室里的一切运行得更快。
    
     虽然张峰以克里斯珀闻名，但他认为这只是实现自己真正目标的一种手段。他希望利用遗传学来理解并最终治愈精神疾病。他的实验室有一半专注于大脑研究。张峰说，孤独症、抑郁症、精神分裂症和其他严重精神疾病的真正进展正在推动他前进。他说，这些疾病带走了什么，包括感受快乐的能力，参与有意义的社会互动的能力，清晰而深入的思考能力，这些都是成为一个人必不可少的部分。
    
     在最近的一次小组会议上，哈比布向30多人展示了她的研究结果，她的PPT显示了数千个神经细胞活跃的基因。张峰没有领导讨论，但他强调了确保研究结果得到公众认可的重要性。
    
     他说，图1的影响力还不够大，如果图1能告诉你，‘我们可以做到这一点，这很重要'。他建议，把你的听众想象成高中生物课上的学生，而不是你的同龄人。
    
     如果世界不知道你已经取得了突破，他告诉他的同事们，你并没有实现你的目标。
    
     最初的英文标题是世界上更具突破性的科学家之一。他34岁，是一家专注于健康和医疗报道的媒体。知识分子被STAT授权专门翻译和发表这篇文章。如需转载，请联系知识分子编辑部。
    
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