金女士是如何逃过一劫的?研究人员在对金女士的血细胞DNA仔细分析时,发现她的一条2号染色体上缺失了一段DNA及3500万个碱基序列。研究人员在经过更多测试后,认为金女士的某个细胞经历了一种极不寻常但通常会引发灾难性后果的事件——染色体碎裂,染色体突然碎裂,然后重新修复,引起了基因的重排。在重排过程中,突变的细胞长势良好且丢弃了致病的那个基因,因此,WHIM综合征自动消失了,金女士康复了。
为让读者能够明白金女士身上发生了什么,珍妮佛·杜德娜打了个比方,把人类的基因组比作巨型软件。金女士有着60多亿行代码的软件里,有一个错误代码。正常情况下,去检修软件时,不会一上来就盲目删除大段代码,并把其他部分打乱再重组。因为这样做的风险很大,删除错误代码而不损坏软件的概率只有数十亿分之一。恰恰是,金女士的身体自然而然地成为了那个鲁莽的程序员,并且抓住了这数十亿分之一的概率,成功删除了错误代码。
金女士这近乎天方夜谭的经历,让珍妮佛·杜德娜等科学家感到兴奋——如果基因编辑不是自发事件呢?如果医生可以修复导致遗传病发生的基因,那又会怎样?
基因编辑技术的突破“是一段愉悦的发现之旅”
“我们可以主动、合理地更正基因组中的突变基因,从而治疗遗传病。”
这是珍妮佛·杜德娜最初的想法。彼时,她还没有别的担心。她知道,生命科学领域的研究人员其实早就在探索遗传学机制,只是对怎样修饰或者改造基因,还没有找到方法。
珍妮佛·杜德娜在科罗拉多大学博尔德分校做博士后研究时,就有这样的想法。她和同实验室的同事认为,如果可能,这会是划时代的突破。只是,她同时又认为这是异想天开。
珍妮佛·杜德娜博士后时候的导师是1989年诺贝尔生理学或医学奖获得者汤姆·切克,他获诺贝尔奖是因为发现了具有自我剪切功能的核酶。这个发现是一个突破,暗示着地球生命可能起源于RNA(核糖核酸)——在原始细胞中,RNA是可以携带遗传信息以及复制信息的。珍妮佛·杜德娜做博士后研究时,原本的目的是进一步理解核酶的工作原理的。
1996年,珍妮佛·杜德娜因为在核酶研究上的突破被采访人员采访。那次采访,她颇有些激动地讲出了她的一个推测:有朝一日,这些分子(核酶)可以用作编辑DNA的工具。当时,她还年轻,她的这次采访被拍了下来。后来,她看到视频中的她面对镜头这么说:一种可能是,我们也许可以用RNA来治疗或者治愈那些有遗传缺陷的人……我们希望这个发现可以为如何修饰核酶提供线索,进而用它来修补分子或者基因突变。
她发布她的预测时并未想到十多年后,基因编辑会定义她的职业生涯。让她此后的职业生涯转向基因编辑的,是她加州大学伯克利分校的一个研究地质微生物学的同事。这位名叫吉莉安·班菲尔德的教授告诉她,她的实验室研究的是一个叫CRISPR的东西。这是珍妮佛·杜德娜第一次听到CRISPR这个词。吉莉安教授说她想借助遗传学与生物化学的工具拓展这方面的研究,经过谷歌搜索找到了作者的工作室。
她们最初是在电话里沟通的,一周后她们见面,对方给她画了图,她才“总算明白”CRISPR的意思了。《破天机:基因编辑的惊人力量》中,珍妮佛·杜德娜回顾了她的这段往事,并介绍了一些顶尖科学家在CRISPR方面取得的进展。
2011年,珍妮佛·杜德娜的团队找到了编辑基因组、改写生命密码的办法。彼时,她还没有任何的担忧,她甚至在做饭的时候,头脑里都会出现被编辑的基因组翩翩起舞的画面。她称那段时间是“一段愉快的发现之旅”。
2012年6月8日,珍妮佛·杜德娜记得,那是个阳光明媚的周五。这天下午,她向《科学》杂志提交了她的那篇阐释CRISPR在化脓链球菌里对抗病毒防御机制的论文,那篇论文的摘要部分,她特地指出这种可以切割DNA的酶对于基因编辑的用处。
那天,她发完论文邮件后,走出实验室,发现往日熙熙攘攘的校园安静得似乎有些不寻常。很偶然地出现的这段安静,后来,她回忆起来时,觉得这“不过是暴风雨来临前的平静”。
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