“2021年暑假的一個(gè)凌晨，我突然靈機(jī)一動(dòng)，思考很久的一個(gè)模型瞬間清晰起來。我立即從床上跳起來，用了5分鐘時(shí)間，把它清楚地在紙上畫了出來！”談及最近發(fā)表于《細(xì)胞》的研究成果，武漢大學(xué)教授殷昊覺得有些不可思議。
殷昊團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)成果是一種名為AmplificationEditing（AE）的基因編輯工具。該工具是目前為止第一個(gè)真正意義上高效、精準(zhǔn)的基因組結(jié)構(gòu)變異或染色體編輯工具，能夠有效解決以往大片段基因復(fù)制或結(jié)構(gòu)改變時(shí)精準(zhǔn)性和效率低、操作復(fù)雜的問題。
《細(xì)胞》審稿人評論稱：“AE標(biāo)志著基因組精準(zhǔn)編輯的重大飛躍——從僅針對特定基因擴(kuò)展到修改整個(gè)染色體區(qū)域。”
一個(gè)重要的基因組研究工具
基因組結(jié)構(gòu)變異可導(dǎo)致自閉癥、智力低下、面部發(fā)育畸形等遺傳疾病。但結(jié)構(gòu)變異非常復(fù)雜，長期以來缺乏有效的研究工具。針對這一難題，殷昊團(tuán)隊(duì)歷時(shí)4年，成功研發(fā)出AE工具。
殷昊介紹，AE是一種高效、精確的基因組結(jié)構(gòu)編輯工具，它以可編程的方式精確、高效地復(fù)制從小片段到染色體級別的基因組序列，將精準(zhǔn)復(fù)制的范圍從單個(gè)基因位點(diǎn)擴(kuò)展到染色體層面。
他打了一個(gè)形象的比喻：“傳統(tǒng)的基因編輯工具只能修補(bǔ)房檐和墻壁上的洞，而AE能改變和重構(gòu)房子的結(jié)構(gòu)，并按照圖紙迅速而精確地建造出來?！?/p>
“研發(fā)這一工具的目的是幫助建立遺傳病模型和癌癥細(xì)胞動(dòng)物模型，在藥物選擇和疾病治療方面起到基礎(chǔ)性作用?！币箨唤忉屨f。
實(shí)驗(yàn)室研究顯示，科研人員在使用AE工具時(shí)，可以在細(xì)胞中精確地復(fù)制長達(dá)100Mb的DNA片段，這對于研究大型基因序列或染色體結(jié)構(gòu)的變化至關(guān)重要。
轉(zhuǎn)入“人跡罕至的森林”
實(shí)際上，AE工具的研發(fā)建立在殷昊此前研究的基礎(chǔ)上。2016年，殷昊從美國麻省理工學(xué)院博士后出站，2018年回國。在此之前，他一直從事基因編輯方面的研究工作。
2014年，他與合作者在《自然-生物技術(shù)》發(fā)表相關(guān)研究論文，這是全球首個(gè)證明CRISPR（原核生物基因組內(nèi)的一段重復(fù)序列）可以治療遺傳病的研究。當(dāng)時(shí)，該研究在業(yè)內(nèi)引起較大反響，美國多家媒體對他進(jìn)行了專訪。
之后，他與合作者又一起研發(fā)了CRISPR體內(nèi)遞送方案，用于基因編輯的體內(nèi)療法。目前，這一基因編輯的體內(nèi)療法已經(jīng)進(jìn)入了三期臨床試驗(yàn)。
2016年博士后出站后，殷昊在美國一家大型藥企工作了一年半，專注基因編輯的臨床轉(zhuǎn)化。2018年，他感覺“自己應(yīng)該回國做一些工作了”。在家人的支持下，他向國內(nèi)一些高校遞交了資料。武漢大學(xué)認(rèn)真研究了殷昊的申請后，決定聘任其為教授，并提供良好的科研條件，讓他可以心無旁騖地搞研究。這堅(jiān)定了殷昊回國的決心。
回國后，首先要確定研究方向。殷昊告訴記者，他之前主要是利用基因編輯手段做由單個(gè)基因突變導(dǎo)致的遺傳病治療方面的研究。但當(dāng)他在這方面的研究有一些起色后，國際上很多研究者都涌入這個(gè)領(lǐng)域。于是他反復(fù)思考——既然回國重新開始，能不能開辟一個(gè)新的研究方向，轉(zhuǎn)入“人跡罕至的森林”？
他決定從新的角度著手，聚焦于那些由基因組結(jié)構(gòu)變異而非單個(gè)基因突變導(dǎo)致的疾病。因?yàn)榻话氲娜祟愔虏⌒赃z傳突變是結(jié)構(gòu)變異。這方面的研究雖然比較難做，但很有意義。
但該領(lǐng)域面臨的一個(gè)瓶頸問題就是缺乏好用的遺傳工具。于是，殷昊試圖開發(fā)一套針對基因組結(jié)構(gòu)變異的編輯工具，做一些“前所未有的工作”。AE研發(fā)的計(jì)劃應(yīng)運(yùn)而生。
殷昊告訴《中國科學(xué)報(bào)》，這項(xiàng)研究的難點(diǎn)有兩個(gè)，一是獲得結(jié)構(gòu)變異編輯工具的基礎(chǔ)模型，二是對模型進(jìn)行擴(kuò)展。
2021年的整個(gè)夏天，殷昊每晚入睡前都至少花一個(gè)小時(shí)思考構(gòu)建模型的問題，卻一直百思不得其解。不可思議的是，一天凌晨，躺在床上的他，腦海里突然蹦出一個(gè)清晰的模型，他立即將其畫了下來。
“我當(dāng)時(shí)特別興奮，但孩子還在身邊熟睡，不能發(fā)出太大聲音?！钡诙?，殷昊將模型拿給團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)一步驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模型十分精準(zhǔn)。
獲得基礎(chǔ)模型后，完成模型的拓展和構(gòu)建成為關(guān)鍵。“AE工具的研發(fā)最初并不順利，團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)歷了多次失敗，但屢敗屢戰(zhàn)?！币箨桓嬖V記者，關(guān)鍵在于找到一套穩(wěn)定、可靠的測量方法，保證工具的可靠性、有效性。如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型之間不能在各方面自洽，工具就無法做成。經(jīng)過多次“頭腦風(fēng)暴”及多輪實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，課題組終于解決了這一問題。
推動(dòng)基因編輯技術(shù)往前走
經(jīng)過大量繁瑣和具體的研究開發(fā)，AE工具終于被設(shè)計(jì)出來了。于是，他們向《細(xì)胞》投稿。
《細(xì)胞》審稿人在回信中提出一系列修改意見。這些意見主要是針對AE工具的可靠性，而這恰恰是他們此前反復(fù)驗(yàn)證過的。
要回應(yīng)審稿人提出的問題，不僅需要做很多有針對性的提煉總結(jié)，而且需要按照審稿人提供的思路完成不一樣的實(shí)驗(yàn)。與很多投稿者對審稿人意見頭疼不已不同，殷昊和團(tuán)隊(duì)成員都覺得“審稿人的意見提得挺好”。
“現(xiàn)在回過頭去看，審稿人的意見其實(shí)對我們的研究有很大幫助，對方給我們指出了一條如何把繁雜的研究盡可能明確表達(dá)出來的路徑?！闭撐牡谝蛔髡邚埲鹞恼f。
殷昊認(rèn)為，包括修改論文在內(nèi)的整個(gè)AE工具的研發(fā)過程，不僅提升了團(tuán)隊(duì)年輕人的科研理解能力，而且使他們快速成長，逐漸能夠獨(dú)立開展項(xiàng)目研究。
關(guān)于團(tuán)隊(duì)管理，殷昊借鑒麻省理工學(xué)院的管理經(jīng)驗(yàn)，注重培養(yǎng)年輕人的自驅(qū)力，而不是機(jī)械地要求博士生、研究生“打卡式”上班，也很少要求他們被動(dòng)工作?！翱蒲惺且豁?xiàng)長期的工作，需要獨(dú)立思考和解決問題的能力，而自我驅(qū)動(dòng)是培養(yǎng)這種能力的最佳方式?！彼f。
AE工具已經(jīng)問世，同行做研究使用這個(gè)工具是否需要付費(fèi)？殷昊告訴記者，目前，他和團(tuán)隊(duì)成員已經(jīng)為AE申請了相關(guān)專利。如果是企業(yè)利用這項(xiàng)工具開發(fā)產(chǎn)品、銷售營利，按規(guī)定需要支付費(fèi)用。然而，如果是科研人員進(jìn)行科學(xué)研究，則可以免費(fèi)使用。
“我們真誠歡迎廣大同行共享我們的工具和數(shù)據(jù)，大家共同努力，一起推動(dòng)基因編輯技術(shù)往前走。”殷昊說。
（李思輝畢若雪）
