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打破记录,华裔天才成为MIT史上最年轻华人终身教授

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获得晋升的5位MIT理学院教授今年是麻省理工学院(MIT)迁入剑桥市100周年,该校举行了系列庆祝活动。该校理学院(School of Science)近日宣布晋升五位副教授为终身教授,其中包括年仅34岁的著名华人生命科学家张锋。

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MIT历史上,钱学森在35岁时获得晋升,曾经在很长一段时间里是MIT最年轻华人终身教授记录的保持者。

(本文综合自星岛日报,药明康德、健康界、钱江晚报)

张锋原是MIT理学院副教授,主要研究领域为神经系统功能与疾病。他在自然微生物CRISPR系统用于真核细胞(包括人类细胞)的基因编辑工具开发方面做出了最前沿的探索。通过CRISPR及其他方法,张锋教授深入研究了基因和遗传机制与各种疾病的关联,尤其是在神经系统紊乱方面。

张锋1994年随家人移民来到美国,并在读高中时候开始对生命科学研究产生极大的兴趣。他于2004年获得哈佛学院化学与物理学学士学位、2009年获得斯坦福大学化学及生物工程博士学位。

张锋于2011年加入MIT,同时在麦戈文脑科学研究所(McGovern Institute)大脑与认知科学部门,以及博德研究所(Broad Institute)从事科研工作。2013年,他的实验室开发出创新性CRISPR/Cas系统,大幅度提高了编辑基因的可靠性和效率,而引起国际关注和并因他突破性的研究成果而获得各种荣誉。

2014年,张锋被《自然》杂志评选为2013年年度十大科学人物之一,2015年获得“年度波士顿人”提名,2016年三月获得加拿大盖尔德纳国际奖。

张锋教授的研究兴趣主要集中在复杂遗传病领域,比如由基因和环境因素导致的精神与神经系统疾病,传统方法用于这类研究时往往很难建立模型。

2016年,张锋因对以CRISPR/Cas9基因编辑技术的杰出贡献获得第二届唐奖(Tang Prize)之“生技医药奖”,同另外两位科学家分享超过百万美元的奖金。

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张锋教授(上图左)

获得唐奖的消息在麻省理工学院引起极大的关注,校方领导纷纷表示祝贺。“张锋教授的实验室已成为CRISPR研究的全球枢纽。

他的研究小组同其他科学家分享了数以万计的CRISPR-Cas9组件,并且已经培训了数千名科学家使用CRISPR/Cas9技术。

唐奖是对张教授在这个领域所做的一切的非常合适的肯定,”MIT教务长施密特(Martin Schmidt)先生说。

同时获得晋升的包括MIT地球、大气与行星科学系教授奥利弗·亚古茨(Oliver Jagoutz),物理系教授马库斯·克鲁特(Markus Klute),化学系教授伊丽莎白·诺兰(Elizabeth Nolan),数学系教授菲利普·瑞格莱特(Phillipe Rigollet)。

超越钱学森的张锋是谁?

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先看看他简单的履历吧:1983年出生中国石家庄2004年毕业于哈佛大学化学物理专业2009年取得斯坦福大学化学与生物工程博士2011年加入麻省理工学院2013年发现CRISPR/Cas系统可用来编辑DNA,使基因疗法成为可能。获得美国瓦利基金青年研究家奖(Vallee Foundation YoungInvestigator Award),奖金 25 万美元。

2014年被《Nature》杂志评为2013年年度十大科学人物之一;获得National Science Foundation (NSF)最高荣誉Alan T. Waterman Award,Jacob Heskel Gabbay Award in Biotechnology and Medicine,和Society for Neuroscience Young Investigator Award;获得美国首个CRISPR专利;设立Editas Medicine公司,该旨在利用 CRISPR 基因编辑技术开发出直接更改致病基因的疗法,获得4300万美元风投。

2015年获Tsuneko & Reiji Okazaki Award;少年的科学梦想这名生命科学领域的年轻领袖,在美国中部的一个小城市起步。

张锋1983年出生于中国河北石家庄,93年随父母移民美国爱荷华州Des Moines。

在业内资深新闻网站STAT的一次采访中,张锋教授和他的母亲都回忆起了一个秋夜发生的故事——那天回家的路上,母子俩被漫天的落叶所深深吸引。这些秋叶在发芽生长的几个月后,逐渐老去和死亡,留下了生命中最后的一抹亮色。在车上,母子俩聊起了生命的短暂。是的,生命很容易就会消逝。很快,连存在过的痕迹都会难以辨识。“我想要尽力改变些什么东西,这对我来说很重要”,张锋教授说道。

很快,年轻的张锋在自己的身边找到了兴趣点——他的父母都是计算机科学专业,这让张锋对编程产生了兴趣。而1993年上映的《侏罗纪公园》,让张锋意识到,生物体原来也是一个可以编辑和控制的系统。

上高中时,老师观察到他对恐龙及生物工程表现出超乎寻常的兴奋和兴趣。不久以后,这位老师帮张锋在当地的the Human Gene Therapy Research Institute实验室找到了一份志愿者的工作。从此以后,张锋每天放学以后都会到实验室来参与一些分子生物学的工作。

在那里,张锋从零起步,学会了如何将来自水母的绿色荧光蛋白基因,转移到另一个生物的细胞内,并让它顺利工作。“它们发光了!”尽管已过去了20多年,但当回忆起实验成功的那一刻,张锋教授还是难掩兴奋。

凭借在这个实验室做出的一个遗传学课题,张锋获得了2000年的“英特尔科学奖”全美第三名。

要知道这项享有盛誉的科学大赛起源于1942年,已经有8名获奖者后来荣获诺贝尔奖,其中就包括钱学森的堂侄,加州大学圣地亚哥分校的钱永健教授,在1968年15岁时获得Intel Science Talent Search奖。

高中毕业后,张锋获得了哈佛大学的全额奖学金,前往波士顿继续学习。很快,在著名华人学者庄小威教授的帮助下,张锋与其他几名研究人员一道,帮助解释了流感病毒进入细胞的方法。他所利用的技术,正是自高中时就驾轻就熟的绿色荧光蛋白。

人们往往把这称为命中注定:他的每一步,都像是为之后所做的铺垫。一颗学术之星,也正在冉冉升起。

诺贝尔奖级别的发现高中以后张锋顺利考取了哈佛化学及物理专业。他后来解释为什么选择这个专业而不是他已经有所成就的分子生物学。虽然分子生物学每天都有令人振奋的新进展,物理和化学的基本原理却是比较稳定的,他想要打好基础,让自己在今后的学术道路具有坚固的基石。在哈佛大学的本科学习期间,他受到庄晓薇的赏识,进入了她的实验室。

2004 年,张锋来到斯坦福大学申请就读研究生。他原本想要拜访诺奖得主朱棣文(StevenChu),却阴差阳错地碰到了刚刚拥有自己实验室的 Karl Deisseroth。经过短暂沟通之后,Zhang 对 Deisseroth 的课题非常感兴趣,Deisseroth 也对张锋在化学和物理方面的坚实基础留下了深刻印象,他尽力说服张锋加入在自己新建的实验室。他们的合作促成了一个全新的领域,也就是大名鼎鼎的光遗传技术,利用光学刺激和来自水藻的光敏感蛋白精密控制大脑神经元活动。这为最终理解大脑如何工作,如何产生意识和情感,又如何在神经退行性疾病中发生故障提供了阿拉丁神灯一般的强有力工具,也使得他们在脑科学的发展史上深深地刻下了自己的名字,并因此荣获了2012Perl-UNC Neuroscience Prize 和 2014 Alan T. Waterman Award 。

在哈佛大学GeorgeChurch教授的实验室完成博士后训练后,张锋成了布罗德研究所(BroadInstitute)最年轻的科研负责人。这家附属于麻省理工学院和哈佛大学的机构一共有8名核心成员,张锋也是其中之一。

在那里,张锋教授显示出了卓越的眼光。“他总是能发现具有潜力的想法”,他的同事们在一次采访中曾这样说道。自然,像CRISPR-Cas9基因编辑系统这样充满变革能力的技术,也不会被张锋教授的慧眼所忽略。

在当时的2011年,已有少数的研究团队开始利用CRISPR/Cas来靶向基因组的一些精确区域,但却没有人想到或者把它用作调整人类基因组的工具。而张锋在短时间内吸收了前人的研究成果,改进了CRISPR/Cas,证实它能够在人类细胞中起到基因剪裁的作用。自从张锋捅破这层窗户纸以后,迎来了基因组编辑领域许多的进展和应用。

CRISPR/Cas是一种在大多数细菌和古细菌中存在的天然免疫系统,利用了插入到基因组中的病毒DNA(CRISPR)作为引导序列,通过CRISPR相关酶(Cas)来切割入侵病毒基因组物质。

最初,CRISPR-Cas9系统仅仅是特定细菌体内用来抵御病毒感染的“免疫系统”,然而包括张锋教授在内,许多科研人员都意识到,这一系统有望用于精确、快速的基因编辑。2012年,JenniferDoudna教授与EmmanuelleCharpentier教授在《科学》杂志上发表文章,确认CRISPR-Cas9系统在体外实验中能“定点”对DNA进行切割。两个月后,VirginijusSiksnys教授在《PNAS》杂志上发表了类似的研究。这些论文也表明CRISPR-Cas9系统作为基因编辑工具的巨大潜力。

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这离CRISPR-Cas9系统的进一步应用只差临门一脚:科学家们需要证实,这项来源于细菌的基因编辑系统,同样能应用于人体。这可是个大胆的假设。要知道,两者的基因组复杂程度有着云泥之别。

然而张锋教授与他的团队做到了。2013年,张锋教授在《科学》杂志上发表了一篇重磅研究:他们首次在哺乳动物内应用了CRISPR-Cas9系统,并确认它能在几周内建立起小鼠的疾病模型。此外,张锋团队也首次在人体细胞内成功地用CRISPR-Cas9系统完成了基因编辑。

这些发现带来了CRISPR-Cas9系统的巨大变革。它让科学家们能够完成先前不敢设想的工作。如今,我们有望能清除每一个受感染细胞中的艾滋病病毒,或是治疗镰刀状红细胞贫血症等经典的遗传疾病。甚至,科学家们已经畅想利用它来攻克癌症的可能。此外,它也能在植物的基因组中得到应用。这能带来全新的生物能源,或带来性状更稳定的作物。

2016年6月,CRISPR-Cas9技术已被美国国立卫生研究院正式批准用于人体基因编辑。宾州大学的CarlJune教授等人希望利用CRISPR-Cas9技术移除癌症患者T细胞的多个基因,从而激活T细胞,用来治疗癌症。而Nature也报道说华西医院的卢铀教授的团队在8月开展了史上首例CRISPR-Cas9系统在人体中的应用,用于肺癌患者的治疗。这表明这一领域有巨大的潜力。

2014年4月15日,美国专利局将CRISPR-Cas9技术的专利颁发给张锋所在的Broad研究所,而张锋博士就是该专利的发明者。专利权限包括在真核细胞或者任何细胞有细胞核的物种中使用CRISPR。这就意味着,他们拥有在除细菌外的任何生物中使用CRISPR的权益,包括老鼠、猪、牛和人。这使得他和他的研究所几乎可以控制所有与CRISPR相关的重要商业应用。

如果有些读者看不懂上面比较学术化的语言,我们再来深度科普下。

CRISPR是一个简称,直译成中文是“成簇的规律间隔短回文重复序列”。

事情要从细菌讲起。CRISPR Cas系统,是多数细菌用来保护自己的防御机制。通过这一套系统,细菌可以识别并降解来自病毒的DNA,从而阻止病毒的感染和复制。几千年来,细菌没有消炎药吃,都是这么保护自己的。

5年多前,人类才搞清楚这个机制。2012年,两位女科学家杜布拉和卡彭蒂耶在《科学》杂志上发表论文指出:细菌用来对抗病毒的系统,叫做CRISPR-Cas9系统,可以作为简单、灵活的基因组编辑工具。

什么是基因编辑工具呢?

相当于一把修剪基因的剪刀。在基因编辑工具应用之前,研究基因的“剪刀”,基本是盲剪,但是CRISPR-Cas9系统可以准确地识别特定区域的问题基因,并且进行修复的工具。

2014年3月,首个人类基因活动的全图谱问世,这组基因图谱从全局的角度揭示了人体内不同细胞中,调控2万多个基因表达的复杂网络。

但是这2万多个基因的身份、功能、彼此之间的关系,还搞不清。这就需要生物科学家通过敲除(去掉)某一个基因的方法,来看看生物体会发生什么变化,从而判断它们各自的职能和联动的方式。

有这把基因编辑“剪刀”之前,做基因敲除,在技术上非常难操作,在经济和时间、精力的花费都非常大。敲除小动物的一个基因,需要高技术操作半年,价格在10万元人民币。

CRISPR-Cas9技术面世后,这把基因“剪刀”只要半个小时,就能完成一个目标基因的敲除,还非常廉价。

而张锋教授,正是这把基因“剪刀”真正研制者之一,并且使它能够用于任何生物的基因编辑。

这个系统可以迅速地定位问题基因,并且进行敲除。然后科学家可以再次利用这把“剪刀”,对被敲除的基因进行修复,最终用于治疗疾病。

目前,在实验室里,这把“剪刀”已经能够通过剪辑,帮助人类细胞抵抗艾滋病病毒;治愈肌肉发育不良、白内障、遗传肝病的小鼠。

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