弗朗西斯·莫希卡:发现并命名CRISPR的谦逊微生物学家

作为CRISPR/Cas9基因编辑技术的共同发明者，当讨论CRISPR时，人们通常第一个想到的名字是Jennifer Doudna、Emmanuelle Charpentier和Feng Zhang。然而，你可能不知道的是，CRISPR机制最初是在90年代由一位特别谦逊的微生物学家发现的，旧金山Mojica阿利坎特大学教授。

开始188金宝搏备用科技网络探索CRISPR革命，莫希卡教授，或“弗朗西斯”，带我们踏上了最初的研究之旅，尽管当时科学界的成员认为这项研究“疯狂”，但它导致了预计将永远编辑进化的CRISPR革命。

无法预料

科学发现中最伟大的发现通常是在研究人员开始研究时始料未及的。CRISPR的发现也不例外:“我们现在正在享受的巨大革命是绝对不可能预料到的，”莫希卡笑着告诉我，他似乎仍然被它震惊了。

1992年，莫希卡在阿利坎特大学写论文。他是一位敏锐的微生物学家，研究属于古生菌家族，一群原核生物，他称之为“相当奇特”。这些微生物是嗜盐微生物，这意味着它们需要高盐环境才能生存。Mojica和他的同事们对其中的原因很感兴趣古生菌能够在高盐度中生长，并在需要时适应这种盐度的变化。

他们选择对他们的DNA进行测序，在基因组中寻找线索。在一个预人类基因组计划这是一项艰巨的任务。科学家们没有现成的测序数据。

尽管如此，莫希卡和团队的努力还是成功了。他们发现嗜盐菌的DNA拥有一系列有规律间隔的重复序列，他们称之为串联重复序列(或TREPS)。“我们看到这些重复的区域在嗜盐菌中被转录，这意味着它们是活跃的。在我们测试的每种生长条件下，细胞都在读取这些信息，所以我们知道它们对细胞一定很重要，”莫希卡告诉我。

研究人员查阅了文献，以寻找之前概述TREPS存在的证据。他们以一种纸由Ishino及其同事于1987年出版(考虑到PubMed尚未发明，这是一个巨大的成就)。日本研究人员也偶然发现了这些TREPS大肠杆菌。¹

一个“疯狂”的假设，以及科学界的强烈反对

Mojica的好奇心被激发了。这些重复有什么作用?它们存在于细菌中而且古生菌——因此，它们的起源肯定是祖先的?

“1995年，我们发表了一篇论文，提出了一个现在听起来可能很疯狂的假设。我们假设重复序列参与了细胞分裂中染色体的分离，”Mojica告诉我。²“这是完全错误的，”他笑着说，“但它符合我们当时的数据。”

莫希卡探索重复序列所起的功能作用的努力最初遭到了科学界的强烈反对。

他解释说:“当我们对这些系统所起的作用一无所知时，我们就向西班牙政府申请了研究的财政支持。”“政府收到了关于申请的投诉，随后，我多年来都无法获得任何经济支持。”我立刻想到，这些抱怨背后的罪魁祸首现在可能正在自责。

我停顿了一下，有点困惑，然后问他为什么。最初他们说，“你想探索一些重复在非常奇特的生物中所起的作用。”也许你发现了这个角色，也许没有。但是，无论如何，你的发现只适用于这些奇怪的生物。”他们怀疑这项研究的相关性。这是第一个批评。接下来，评审人员请求我研究一种模式生物，比如大肠杆菌我做到了。”Mojica继续说道:“这是一个巨大的错误。”

而重复序列在嗜盐古菌中转录大肠杆菌,它们是被抑制的——除非你制造突变。“我花了很多年的时间试图了解这些重复在一个系统不起作用的模式生物中的功能。我无法得到任何结果，”他告诉我，令人惊讶的是，在这段回忆中，他的声音一直保持着乐观、积极的语调。莫希卡对自己的失败无动于衷，他坚持了下来。2000年，在他发现许多在进化树上几乎不接近的其他生物中也存在重复序列之后，TREPS得到了重新命名。后来，这种重复被称为短而有规律间隔的重复，简称srsr。^3.

CRISPR进入科学文献

到2001年，Mojica和乌得勒支大学的Ruud Jansen都在各种原核生物中寻找重复序列。詹森联系了莫希卡，告诉他，他的研究团队在重复序列旁边发现了基因，并希望就重复序列的通用术语达成一致。

在达成协议之前，提出了几个名字。莫希卡说:“我想过一些替代方案，我只记得RISR和CRISPR。”“我把它们介绍给范尼，解释了它们的含义和优缺点。CRISPR考虑了重复序列的所有特征。我们同意在未来的出版物中使用它。”2002年，第一次提到有规则间隔的短回文重复序列(CRISPR)，出现在《科学》杂志上科学文献．⁴

基因组时代的戏剧性发现

在21世纪初，科学进入了“基因组学时代”，基因组测序技术迅速发展，与此同时，越来越多的测序数据在公共数据库中提供给科学家。

这些数据为莫希卡的工作提供了启示。

当测序一个特定的菌株大肠杆菌， Mojica发现在被称为crispr“间隔区”的重复序列之间存在与特定病毒序列相匹配的序列。对测序数据的进一步研究表明，在许多其他非常不同的生物中也是如此。这些DNA序列保护原核生物免受携带相同序列的病毒的感染;病毒根本无法感染细胞。因此，他意识到:“这是一个免疫系统。这是一个适应性免疫系统!”

当他坐在那里，脸上带着灿烂的笑容回忆起这些细节时，我很清楚，发现这一发现的纯粹兴奋至今仍伴随着莫希卡。“这是一个非常好的惊喜，”他说。

不幸的是，当这位科学家试图发表他的研究成果时，他又一次受到了批评。“这篇论文由于许多不同的原因被四家不同的期刊拒绝。一家杂志对我们说这不够有趣，另一家说我们需要更多的实验证据。我们几乎考虑过不发表这篇论文。”其中一篇论文就是那本杂志自然．他补充说:“我想这是一个非常新的想法。我们在西班牙的一次会议上展示了我们的发现，我的一些同事来找我，说我们所做的事情非常自命不凡，而且‘杂草泛滥’。”Mojica笑着说。

这项研究最终发表在分子进化杂志在2005年。⁵

基因组编辑是一个“奇妙的惊喜”

在2005年发表他们的发现之后，Mojica和他的同事预计他们的研究成果将对生物技术、生物制药和临床科学领域产生重大影响。

因此，在2012年，当Doudna和Charpentier证明他们已经重新编程了CRISPR机制，使其成为基因编辑工具在体外，莫希卡“非常惊讶，而且印象非常、非常深刻”。

自2012年发表以来，各种各样的研究小组进一步开发和操作了CRISPR机制，用于一系列目的，从农业，诊断，药物开发，癌症研究-列表还在继续，并将在整个系列中进行探索。

我很想知道Mojica认为他迄今为止最喜欢的CRISPR应用是什么。“我的天哪，每一个都令人惊讶，”他继续说，“我无法选择一个。我必须选两个!这是两篇背靠背发表的论文科学我n 2013。”Mojica指的是纸由张锋出版，之后又出版了第二本纸乔治·丘奇在同一本杂志上^6、7

两个研究小组都概述了他们使用CRISPR工具编辑小鼠和人类细胞基因组的新方法，引发了CRISPR基因组编辑“革命”。

申请专利?我从没想过

围绕CRISPR技术的兴奋和慌乱背后隐藏着一场持续的专利纠纷，这将在本系列的后面部分进行探讨。有趣的是，Mojica是参与发现CRISPR机制及其应用的少数几个没有申请专利的科学家之一。

“有人问我为什么10年前不申请专利，”他停顿了一下。“我必须承认，我从来没有想过这么做。在我的实验室，我们的目标是了解生物学。申请专利可能应该是目标之一，”他笑着补充道，“但事实并非如此。”

他接着表达了他对专利纠纷可能对CRISPR研究和应用进程产生的影响的担忧。“我很确定，专利纠纷可能会减缓实验和研究从实验室到临床的转移。我不完全确定，但我担心这可能是个问题，这是不公平的。”他补充说:“我很难理解为什么在从研究中获得资金方面存在如此长期的争议。”

Mojica给我的印象是一个充满激情的科学家，他真正热衷于追求新的发现，并且在这样做的时候很谦虚。当被问及之前的面试如果他因为在CRISPR领域的工作而被授予诺贝尔奖，他会作何反应，他承认，“我会从这个星球上消失。我需要休息和放松，我需要时间去找回激励我的东西，回到实验室。”

展望CRISPR的未来

Mojica在CRISPR领域的工作当然还远未完成。他告诉我:“我们仍然对理解CRISPR机制在自然界中的工作原理感兴趣;特别是这些系统如何发展对过去感染的记忆。CRISPR Cas机制有很大的多样性，不同的系统在不同的生物体中起不同的作用。”“我们正在使用宏基因组学高通量测序来识别更多与我们目前所知道的不同的CRISPR Cas系统和变体。我们希望我们的团队或全球其他团队能够寻找这些系统的进一步应用，或者改进我们现有的CRISPR工具。”

我问莫希卡，他认为CRISPR研究领域在10年后会是什么样子。

“我是一名微生物学家，我不是基因组编辑专家……但我确实读了很多书!”他笑着说。预测任何情况都是有风险的，但我希望在10年内，CRISPR已经进入临床，一些目前治疗选择有限的疾病将被治愈。谁知道CRISPR究竟能治疗多少疾病呢?”

“现在的现实是CRISPR在农业上的应用。我预计，在一些国家，我们很快就会吃到来自crispr编辑作物的食物。但预测任何情况都是有风险的。”

在我们的采访即将结束之际，我对Mojica表示衷心的感谢，感谢他抽出时间与我分享他的CRISPR故事。他一如既往地谦卑地回答:“这是我的荣幸。”

教授弗朗西斯科·莫希卡接受了科技网络科学作家莫莉·坎贝尔的采访。188金宝搏备用

引用:

1. 石野，品川，牧野，Amemura和中田。1987。大肠杆菌碱性磷酸酶同工酶转化基因iap的核苷酸序列及基因产物鉴定。细菌学杂志。DOI: 10.1128 / jb.169.12.5429 - 5433.1987。

2.Mojica, Ferrer, Juez和Rodríguez-Valera。1995.地中海古菌(Haloferax mediterranei)和火山古菌(Haloferax volcanii)最大的复制子中存在长链短串联重复序列，可能参与复制子的分裂。分子微生物学．DOI: 10.1111 / j.1365-2958.1995.mmi_17010085.x

3.Mojica, d.i m ez-Villaseñor, Soria和Juez, 2000。古菌、细菌和线粒体基因组中有规律间隔重复序列家族的生物学意义。分子微生物学．DOI: 10.1046 / j.1365-2958.2000.01838.x

4.Jansen, Embden, Gaastra和Schouls, 2002。原核生物中与DNA重复序列相关的基因鉴定。分子微生物学。DOI: 10.1046 / j.1365-2958.2002.02839.x

5.Mojica, Díez-Villaseñor, García-Martínez和Soria, 2005。规则间隔的原核重复序列来源于外来遗传元件。分子进化杂志。https://doi.org/10.1007/s00239-004-0046-3．

6.Cong等，2012。利用CRISPR/Cas系统进行多重基因组工程。科学。DOI: DOI: 10.1126/science.1231143。

7.马里等，2012年。rna引导的Cas9人类基因组工程。科学。DOI: 10.1126 / science.1232033。