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張 鋒
1983年,他出生於河北省石家莊市,11歲隨家人到美國,21歲獲得哈佛大學化學與物理學學士學位,26歲獲得斯坦福大學化學及生物工程博士學位,34歲拿到麻省理工(MIT)終身教授。
他被《自然》雜誌評選為2013年年度十大科學人物之一;連續三年,被湯森路透將他列為諾貝爾獎的有力角逐者;2016年,他獲得有“小諾貝爾獎”之稱的加拿大蓋爾德納國際獎,並登上《時代週刊》封面,被稱為“下一代領導世界的人”。
讓我們來看看這位傳奇華人科學家的其人其事。
兒時一場電影,埋下理想的種子
1994年,張鋒隨家人來到美國,定居於愛荷華州得梅因市。儘管父母都是計算機工程師,但初到美國之時,張鋒的母親還是得靠幹一些粗活來養家餬口,比如在汽車旅館裡當清潔工。
在得梅因上中學時,張鋒幸運地參加了一個分子生物學的“週六提高計劃”。那裡的指導老師很有一套,他們發現,讓一群孩子全心投入的明智選擇,就是給他們看電影《侏羅紀公園》。

“我的父母都是搞計算機的,所以我對程式設計一直很感興趣。”張鋒回憶說,這部1993年的電影,講述了狂妄自大的研究人員將恐龍與青蛙的DNA混合,將已經滅絕的爬行動物帶到現實中,“這讓我明白,生物學也可以是一個可程式設計的系統”。
一顆種子就此在張鋒的心裡種下,他意識到,一個有機體的遺傳指令可以被改寫,由此改變它的特性,就像父母編寫計算機程式碼一樣。
高中時的天才少年

1995年,張鋒是西奧多·羅斯福高中二年級學生。
學校當時有一個“天才學生專案”,負責老師問張鋒是否願意課後去學校附近的衛理公會醫院一個基因治療實驗室當志願者。“我說,這太棒了!” 張鋒回憶說。雖然那時他關於現代生物學的知識幾乎為零,但實驗室主任約翰·利維博士並不介意他是個“小白”。
每天下午,利維博士會坐在他的休息室,一邊喝茶一邊在白板上板書,解釋有關分子生物學的一些概念。張鋒很快就學會了關鍵技術,並在他的熱身專案中取得成功:使用病毒將水母中的綠色熒光蛋白基因移動到人的黑色素瘤細胞中,而綠色熒光蛋白是可以在黑暗中發出熒光的。
這雖然不是復活恐龍,但張鋒已經編輯一個物種的細胞,使其能夠表達另外一個物種的基因,細胞中散發出的奇異的綠色熒光就是明證。“它們亮了!”即使在20年後,張鋒還記得當時激動的心情。
這一年剩下的時間裡,張鋒研究熒光蛋白能否保護DNA免受紫外輻射的傷害,這種熒光蛋白能夠吸收可能致癌的紫外輻射。2000年,張鋒獲得英特爾少年科學天才獎三等獎。這項起源於1942年的科學大賽在全美享受盛譽,前後有8名獲獎者後來成為諾貝爾獎得主,其中包括錢學森堂侄、加州大學聖地亞哥分校的錢永健教授。
博士期間,牛刀小試

完成高中學業後,張鋒拿到全額獎學金進入哈佛大學,主修化學和物理學,並在莊小威的實驗室進行流感病毒研究。其研究成果於2004年發表在頂級科學期刊,描述了流感病毒是如何進入細胞的途徑。而這項發現的關鍵點便是張鋒最早在愛荷華接觸的水母熒光蛋白。
在實驗室,張鋒總能創作出奇妙的東西。有一次,做有機化學實驗,他忘了把酸加入熱反應是一大禁忌,結果“所有東西變成泡沫然後在化學安全櫃裡炸開”,張鋒回憶說。他和實驗室的搭檔倉皇而逃。
另一件事對張鋒有著更為持久的影響。他有一位好友曾患上嚴重的抑鬱症,張鋒花了很長時間幫助他,確保他不會自殺。然而,這位朋友深陷抑鬱深淵,最後不得不從哈佛大學休學一年。張鋒深受觸動,並決定獻身科學以研究更好的療法治療精神疾病。
2004年,張鋒來到斯坦福大學申請就讀研究生。他原本想要拜訪諾獎得主朱棣文,卻陰差陽錯地碰到了剛剛擁有自己實驗室的Karl Deisseroth教授。教授對張鋒在化學和物理方面的堅實基礎留下了深刻印象,他說服了張鋒加入在自己新建的實驗室。
他們的合作促成了一個全新的領域,也就是大名鼎鼎的光遺傳技術,讓感光蛋白進入神經元,透過光啟用特定的神經迴路。這為最終理解大腦如何工作,如何產生意識和情感,又如何在神經退行性疾病中發生故障提供了阿拉丁神燈一般的強有力工具。今天,全世界研究人員都使用它來定位多種疾病的神經迴路,包括精神分裂症、抑鬱症或自閉症。他們在腦科學的發展史上深深地刻下了自己的名字。
在哈佛,開啟獨立科研之路

拿到博士學位以後,張鋒“開始思考怎樣才能輕鬆將基因插入到動物細胞中”。2009年,他拿到了哈佛大學獨立研究員職位,這個聲望頗高的職位是為那些“有異乎尋常的獨立性和創造性”的人而設立,博德研究所神經生物學家、哈佛大學前教務長史蒂芬·海曼說“張鋒二者兼有”。
科學家在2009年開發了一種基因編輯技術,稱為TALEs。但是非常難以操作。張鋒回憶說:“我教授了學生如何建立TALEs,但他們要三個月才能掌握這一技術。”同時,他作為主要作者發表了一項研究成果,開創的TALEs技術能自動靶向人和鼠細胞中的特定DNA序列並激活或關閉特定基因。但是他並不滿意:“我覺得還有更好的方式來進行基因編輯”。
張鋒的獨立研究員職位很快就要到期,他需要找一份工作。麻省理工學院麥戈文腦研究所的所長、神經科學家羅伯特·戴西蒙曾聽到張鋒的導師戴瑟羅特稱讚其為“令人震驚的大人物”。戴西蒙詳細地對張鋒進行了調查,最後得出結論:“在這樣一個職業階段,張峰發表的論文稱得上是神經科學史上最強的發表記錄”。很快,張鋒被麻省理工和博德研究所同時錄取。
這個科研靈感,將改變世界
2011年2月,在博德顧問委員會的一次會議上,一位訪問學者報告了他關於細菌基因組裡一種被稱為CRISPR的免疫系統的研究。“當時我坐在屋子的後面,正有些走神”,張鋒回憶說,但是這個奇怪的名字立刻激發了他的好奇心。
“我完全不知道CRISPR是什麼,但我用Google對它進行了搜尋,實在是非常興奮。幸運的是,這個領域開始的時間不長,要讀的文獻並不多。”幾天之後,在邁阿密參加一次學術會議時,他大部分時間都待在賓館閱讀關於CRISPR的論文。
他了解到CRISPR是微生物學家從細菌中發現的,作用是抵禦病毒入侵。CRISPR系統同時擁有“搜尋”和“摧毀”兩種機制:使用遺傳物質RNA尋找特定序列的DNA,同時使用一種稱為Cas9的酶來切開DNA。張鋒說,“當時這個領域關注的是,使用CRISPR生產更好的酸奶”。
但是,張鋒心中醞釀著著更為宏大的目標:“我們能讓它在人類細胞中工作嗎?
發瘋似的拼命工作,取得舉世成就

博德研究所(Broad Institute)
獲得的靈感讓張鋒興奮不已,如果合成蛋白質就像使用積木拼裝過山車一樣複雜,組建RNA則像用線穿珠子那樣容易。
他並沒有像其他科學家那樣先去細菌中研究CRISPR熱熱身,直接跳入到人類和老鼠的細胞,如果能夠在這些高等動物的細胞中工作,就能立刻證明它的醫學價值。在辦公室的白板上,張鋒列出了每一個他們需要做的實驗,並將它們一一分解。
張鋒要給學生上課,到下午晚些時候才能開始實驗,經常工作到凌晨或者通宵達旦。休息時吃拉麵、中餐外賣或者捲餅。只有一次,張鋒臨時決定參加所住公寓中心的一個派對,並且嘗試了人生中的第一口龍舌蘭酒,當晚又都回到了實驗室。
張鋒在短時間內吸收了前人的研究成果,改進了CRISPR/Cas,證實它能夠在人類細胞中起到基因剪裁的作用。透過它可以高效、精確地改變、編輯或替換任何動物身上的基因,甚至是人類生殖細胞的基因。這也意味著,人類的諸多遺傳性疾病有望透過CRISPR技術解決。
張鋒的“基因魔剪”這個突破性的發現,令世界震驚,也讓他在學術界名聲大噪。透過CRISPR及其他方法,張鋒深入研究了基因和遺傳機制與各種疾病的關聯,尤其是在神經系統紊亂方面,科學的很多領域將迎來基因編輯的突破性進展和應用。
就像歷史上的重大科學發現往往會伴有爭議一樣,技術紛爭也隨之而來。更何況這是個涉及到幾十、上百億美元的、將改變人類命運的“大生意”。
專利之爭,舉世關注

登上《時代週刊》封面
去年8月,一封發自張鋒實驗室前工作人員的郵件,攪動了一場涉及數十億美元的官司,掀起一陣關於“基因魔剪”專利之爭的波瀾。打官司的兩方是加州大學伯克利分校生物學家詹妮弗·杜德娜博士和麻省理工學院博德研究所的張鋒。
張鋒說,到2012年的春天,這些基礎的工作已經完成,他們也有足夠的資料來發表文章。但是這隻會是一篇普通文章,“以為時間很充裕,不知道還有競爭者。”
但競爭確實發生了。2012年6月,加州大學伯克利分校的詹妮弗·杜德納領導的研究小組在《科學》雜誌上發表文章,報道了在試管中使用CRISPR-Cas9來切割DNA序列,“揭示了使用RNA來編輯基因組的可能性”。
張鋒沒有覺得他的成果被搶先發表了。他說,很多生化工具在試管中能夠工作,但在人的細胞中卻不能工作。在卡彭蒂耶和杜德納的文章發表前,他們就使用了一個完全獨立、不同的方法使用Cas9進行基因組編輯,這與卡彭蒂耶和杜德納論文中提出的策略完全不同。
更重要的是,當他們讀到競爭對手的論文時,他們發現裡面描述的使用CRISPR-Cas9系統的這兩種分子的方式與張鋒團隊設計的方式有“很大不同”,在試管中使用的系統缺乏在活細胞中進行基因組編輯的“關鍵成分”。
當時,美國專利局的規定是將專利授予第一個發明或第一個構想出新東西的人。張鋒提交了實驗室的記錄本,以證明他們實驗室確實是第一個(想到或發明的),這將比已經發表的結果佔更大的比重。如果按照現在的“提交優先”的申請制度,專利可能會授予杜德納和卡彭蒂耶。但在實際有效的“發明優先”的傳統系統下,麻省理工學院2014年4月獲得了專利,使用CRISPR編輯植物和動物的基因組,張鋒被列為發明人之一。
儘管在CRISPR技術發展過程中,張鋒的貢獻究竟有多大還有爭議。但無疑,他已經是華人科學家中最傑出的代表之一。
這場激勵的專利爭奪戰,如果張鋒和博德研究所勝出,他將會成為麻省理工學院最富有的科學家和企業家之一。
還有這些華人科學家,值得我們驕傲
尹 希

3歲時,考進中國科技大學少年班,成為該校最小的一名學生。
哈佛博士畢業後他打破哈佛本校博士不得在本校繼續博士後研究的慣例,留校繼續研究工作。
2016年9月晉升為物理系教授,成為“史上最年輕的”哈佛華人教授,是被國際物理學界寄予厚望的青年物理學家之一。
莊小威

1972年,出生於江蘇省如皋市,是中科大87級少年班學生。
34歲,成為哈佛大學化學與化學生物、物理學雙聘教授。
美國國家科學院最年輕的華人院士。
施一公

清華大學教授,副校長。在此之前,他是美國普林斯頓大學生物學系建系以來最年輕的終身教授。
在美居住18年之後,施一公宣佈放棄在美國擁有的一切,回絕美國千萬美元的研究經費,並辭去普林斯頓大學職務,毅然回國任教。
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