法国丽人的寂静革命：从独行学霸到CRISPR女皇

编者按：北京时间2020年10月7日下午，诺贝尔奖化学奖授予了基因编辑领域的两位先驱。加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）和德国马普感染生物学研究所教授埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle Charpentier）获得2020诺贝尔化学奖，获奖理由是 “发明了一种基因组编辑的方法”。

埃马纽埃尔·卡彭蒂耶 (Emmanuelle Charpentier) 精灵古怪，执着而刚强。她的面庞透着法国的浪漫，也流露着北欧的冷峻。她站在全球科学的聚光灯下，却不忘自己的学者本色；她被推上基因编辑专利之争的风口浪尖，却能够静守科研之心，再创佳绩。这是一场无声的变革，也是一次激烈的交锋。作为基因编辑技术 (CRISPR-Cas9) 主要开创者之一，卡彭蒂耶一路如何走来，又怎样看待取得的成绩和未来的发展呢？让我们走进这位法国丽人。

失败的故事千篇一律，成功的经历各有不同。她20年间辗转5个国家、9个研究所，坚守梦想潜心工作。对比我们自己的韩春雨，您会发现有什么样的相似，什么样的不同呢？

除了电脑，埃马纽埃尔·卡彭蒂耶的办公室内并没有什么摆设。她的相框依然躺在角落的盒子里，没有拆封。旁边的房间里堆满了纸箱子，装的都是书籍和论文。然而在走廊的另一端却是不同的景象，她正在实验室中忙得热火朝天。

六个月前，卡彭蒂耶几乎放下了手中的一切，搬到柏林，专攻自己的科研事业。她倚在仍然泛新的座椅上说：“我们下定了决心，要以最快的速度推进我们的研究。”

医学梦想

卡彭蒂耶在巴黎附近的一个小镇长大，从很小开始，她就有了清晰的人生目标：做些什么来推动医学事业。有一次去修道院拜访身为传教士的姑姑，让她对未来有了这样的畅想：在一个可爱的环境里，独自做自己的事情。

无论做什么，父母都完全支持卡彭蒂耶的梦想。她曾学过钢琴和芭蕾，但最终还是投向了生命科学。从巴黎第六大学毕业后，卡彭蒂耶决定进入巴斯德研究所继续读博。在这里，她在基础研究方面的出色表现为她赢得了赞誉，同时她还加入了梦寐以求的抗生素抗性研究项目。博士期间，卡彭蒂耶对细菌DNA片段进行了分析，该DNA可在基因和细胞之间移动，并传递抗药性。

巴斯德研究所的时光对卡彭蒂耶非常重要。用她的话说，她所在的部门“年轻而有趣”。她常到巴黎圣母院旁边的圣日内维耶图书馆去自习，坐在古老的书桌上，映着那温暖的光影，独自享受静谧的科学时光。“我感到这才是属于我的环境。”卡彭蒂耶梦想着在研究所里拥有一间自己的实验室，她决定到海外接受一段博士后训练以积累更多经验。“我是个很典型的90年代法国学生，我觉得经过一些短暂的游学之后，我会回到家乡继续自己的工作与生活。”

两个博后

卡彭蒂耶往美国投了50来封简历，也收到了满满一兜子offer。最终她选择跟随洛克菲勒大学微生物学家Elaine Tuomanen，进行肺炎链球菌相关研究。这种细菌是肺炎、脑膜炎、败血症的主要致病因素，与可移动遗传因子具有很特别的自由关联，可以在基因转移过程中保持高致病性。Tuomanen的实验室内拥有最新的基因序列，便于研究那些遗传因子的着陆地点及其变化。

在这里，她展开了一连串艰难的实验，以确定那些致病菌如何追踪和影响遗传因子，并分析致病菌怎样获得了对万古霉素的抗性。前往纽约后，卡彭蒂耶一心专注于工作，惊异地发现自己并不那么想家。当Tuomanen把实验室迁往田纳西孟菲斯时，卡彭蒂耶想留下来，于是跟随纽约大学医学院皮肤细胞生物学家Pamela Cowin，用小白鼠做实验，继续研究哺乳动物基因。

Cowin回忆起来，觉得卡彭蒂耶作为博士后完全不需要别人督促。“她积极主动，心思缜密，简直就是在主导项目。”同时，她也是个安静内向的人。很快，卡彭蒂耶发现对老鼠进行基因改造与操控细菌相比要困难很多。她在项目上花了两年时间，发表了一篇关于毛发生长机制的文章。对卡彭蒂耶来讲，这是一次就哺乳动物基因的坚实训练，同时也引起了她在基因工程上进一步探索的强烈渴望。

独立研究

两段博士后经历后，卡彭蒂耶明白，下一步是完全独立的时候了，她选择回到欧洲。美国的日子让她感受到自己不仅是一个法国人，更是一个欧洲人。2002年，她去了维也纳。在不太稳定的短期资助下，她的小实验室运行了七年。卡彭蒂耶回忆：“我不得不靠自己生存下去，不过我心里也一直牵挂着细菌每个生化路径的调节方式。”这是一段令人兴奋的科研时光，小分子RNA在基因调控中的重要性被揭示，卡彭蒂耶也在诸多不同项目中对各种细菌进行研究。期间，她发现了对化脓性链球菌的毒性具有重要作用的RNA。

正是在维也纳的时候，卡彭蒂耶第一次开始思考CRISPR。当时，这还是一个鲜有人触及的领域。只有那么少数几位微生物学家在关注着这一最新动向。在某些细菌的基因中，那一撮样式奇异的DNA起着抗击病毒的作用，这就是所谓的Clustered regularly-interspaced short palindromic repeats (CRISPR)。这些病菌将侵入病毒的DNA片段复制并嵌入自身基因组，从而能够在病毒再度入侵时对其识别并切断其DNA。不同的CRISPR系统拥有不同的攻击方式，不过当时人们已经认识到，所有这些系统都涉及到CRISPR RNA分子。

卡彭蒂耶对确定化脓性链球菌基因组中制造这种RNA的区域非常感兴趣，于是在她的推动下，与马克斯·普朗克研究所的分子微生物学家Jörg Vogel达成合作。当时Vogel正在开发大规模绘制基因组RNA的方法。到了2008年，他已经测定了该细菌所能产生的所有RNA分子序列。

研究组最先注意到一种全新的极为丰富的小型RNA，并称之为反式激活CRISPR RNA (tracrRNA)。其序列和在基因组中的位置，与卡彭蒂耶的生物信息学研究结果相一致。研究组认识到这可能涉及到一个以前从未描述过的CRISPR系统。在大量的实验基础上，卡彭蒂耶确定这只包含三个组成部分——tracrRNA，CRISPR RNA和Cas9蛋白。这很奇怪，因为“其他CRISPR系统一般只涉及一种RNA和多种蛋白，没有人会考虑到两种RNA”。而这一系统又极其简单，卡彭蒂耶已经意识到，终有一天它会被人类驯服，成为一种强大的基因工程工具。如果其成分可以被控制，它很可能会提供我们寻觅已久的能力：对基因组中精确选择的位置，进行定位、剪切和编辑。

“啊哈”时刻

CRISPR系统具体又是如何工作的呢？卡彭蒂耶怀疑那两种RNA会相互作用从而引导Cas9蛋白到达病毒特定的DNA序列位置。这一理念颇具革命性，这样的“团队协作”对蛋白质来说司空见惯，对RNA来说却不是这样。不过，用Tuomanen的话说，“卡彭蒂耶总会在基因组中寻找那些出乎意料的东西。她是个非常反传统的人。”据卡彭蒂耶自己回忆，当时她很难说服手下那些年轻学生按照她的直觉去开展关键性实验，以验证两种RNA是否相互作用。但最终，维也纳大学的硕士生Elitza Deltcheva自告奋勇。

2009年6月，卡彭蒂耶再一次搬家。维也纳那些浮夸的建筑令她感到压抑，在这里她从未能让心灵放飞。她明白，自己需要更多的支持，需要更多的安全感。“在我事业的那个时段，我需要奢侈一把，全心去完成一个重大的课题。”这一次，她选择了位于瑞典北部的于默奥微生物研究中心。那里刚刚成立，装备精良。北欧的人性化环境令她感到舒适，她甚至开始喜欢上那漫长而黑暗的冬夜。那让她忘却了时间，更加专注于工作。

那年夏天，卡彭蒂耶还在奥地利和瑞典之间奔波。当研究所的Deltcheva在晚上8点告诉她实验成功的时候，她简直太开心了。不过她没有把消息告诉任何人。用Vogel的话说，那是个“非常紧张的时期”。八月的一个夜晚，他曾接到卡彭蒂耶打来的电话，当时他正在柏林外的乡村路上开车，“当时我就站在路边，和她讨论发表的最佳时机。我仿佛在那站了好几年，因为我们真真正正地做成了这件事。”

他们都知道这一发现将带来巨大变革，但两人也都害怕这件事的任何信息被抢先报道出去。为了确保论文评审不被拖太长时间，他们安静低调地作了一年多准备，在提交给Nature前尽可能考虑周全。

惺惺相惜

尽管那时的CRISPR圈子很小，但卡彭蒂耶并不为人所了解。直到2010年10月，他们才在荷兰瓦赫宁根的学术会议上首次展示了自己的研究。会议主办人，瓦赫宁根大学微生物学家John vander Oost说：“那绝对是会议的亮点，人们突然看到这样一个美丽而又出乎意料的故事。”不过，卡彭蒂耶并不介意作一个局外人。“我从没有设想过要成为这活跃的科研圈的一部分。”那时，她已经在琢磨下一步工作，思考这种双引导RNA系统是如何切开DNA的。

Charpentier与Doudna

2011年，在美国圣胡安的微生物学会议上，卡彭蒂耶遇到了加州伯克利大学结构生物学家詹妮弗·刀娜 (Jennifer Doudna)。也许是惺惺相惜，刀娜很快被卡彭蒂耶的气质所吸引。“从见到的那一刻起，我就喜欢上了她那种专注。”两人一拍即应，展开合作，很快发现了Cas9蛋白切断DNA的机理。此后，她们进一步展示了该系统确实可以对基因定点剪切，并进行序列编辑。如今，这项技术已经在全世界的实验室中广泛应用。

就在这一举成名的时刻，卡彭蒂耶作了两个决定。首先，她决定继续追寻那最初的理想，从事能够推动医学的工作。她联系了当时在巴黎医药公司Sanofi工作的诺瓦克，筹划联合创办公司以开拓人类基因疗法。CRISPR Therapeutics在2013年11月成立，位于马萨诸塞洲剑桥和瑞士巴塞尔。卡彭蒂耶任科学顾问委员会主席。

她的第二个决定是要将全部精力用于基因调控的基础研究。为此，她需要一个永久职位，需要更多的机构支持。

2013年，卡彭蒂耶来到德国，担任汉诺威医学院教授以及德国亥姆霍兹联合会传染研究中心部门主任。在这里，她终于发挥出了自己的技术，建起了拥有16名博士生和博士后的实验室。两年后，她又应邀来到柏林的马克斯·普朗克研究所。如今，她已经掌握了丰富的技术和机构资源，她的实验室也迁到了古老而优雅的夏利特 (Charité) 教学医院。卡彭蒂耶大概已经找到了最适合自己的地方，正如她所讲，也许过上几年，她会有闲心读一读哲学。

诺奖热门

卡彭蒂耶的工作环境可以说就是她科研生活的完美缩影。伴随事业的进步，她也在不停地换着地方。在过去的20多年中，她曾在五个国家的九个研究所工作。已经48岁的卡彭蒂耶回首从前，不禁这样说：“我总是从头做起，依靠自己组建起新的实验室。”她的博导，法国巴斯德研究所的帕特里斯·库尔瓦兰 (Patrice Courvalin) 介绍：“她是如此足智多谋，她能够白手起家，凭空建起一间实验室。”在依靠短期项目基金支持了多年之后，卡彭蒂耶终于找到了自己的“啊哈”时刻。直到45岁，她才有实力雇一个自己的技术员。

四处奔波的生活方式并没有给这位微生物学家的工作带来阻碍。她对细菌如何调节染色体进行了认真仔细的研究。如今，基因编辑技术 (CRISPR-Cas9) 已经彻底改变了生物医学研究人员理解和操控基因的能力，而卡彭蒂耶正是该技术的核心发明者之一。

今年，卡彭蒂耶已经收获了十项科学大奖，并正式接受了德国马克斯·普朗克研究所传染生物学的负责人职务。她在2013年创建的基因治疗公司CRISPR Therapeutics也已成为世界上获得最多投资的临床前生物科技公司之一。而她本人也牵扯进备注关注的基因编辑专利纠纷当中。去年9月，卡彭蒂耶的电话就没有断过，来自世界各地的记者都在练习她，认为即将揭晓的2015年诺贝尔奖有她的位置。

对卡彭蒂耶来说，成为大众的焦点并不那么舒服，这也是为什么在那个诺奖大热门的“基因编辑国际名单”中，人们对她的了解最少。用她自己的话说，“法国哲学家让-保罗·萨特曾提醒过世人，获奖将使你成为人物。而我只想脚踏实地保持我的工作。”卡彭蒂耶确实一点没有松懈，近日她在Nature发表的文章中揭示了比CRISPR-Cas9更为高效的机制。

在同事们眼里，卡彭蒂耶谦和而又充满干劲。罗杰·诺瓦克 (Rodger Novak)说：“别看她小巧玲珑，心志可极为远大——有时候她会非常固执。”诺瓦克在上世纪90年代博士后期间曾与卡彭蒂耶一同工作，现在担任CRISPR Therapeutics总裁。库尔瓦兰则做了这样的比喻：“她这个人做事就像狗看见了骨头——绝不放手。”

后记

眼下，扑面而来的荣誉和奖项已经占用了卡彭蒂耶很多精力。她很珍惜这些褒奖，也积极参与那些必要的公众活动。不过平均来说，每一次应酬都会占去她两个整天的工作时间。她拒绝评论目前备受世人关注也错综复杂的基因编辑专利之争。她把这些事都交给了专利律师。

作为一名科研人员，卡彭蒂耶并没有过多分散自己的注意力。她在最新发表的论文中展示了一个比CRISPR-Cas9更为精致的系统。这一成果也是在迁移实验室的过程中完成的，令人赞叹。该研究指出蛋白质Cpf1兼具tracrRNA和Cas9蛋白的功能。用Van der Oost的话说，这是“一项非常重要的贡献”。

CRISPR研究顺风顺水，而卡彭蒂耶的热情并未局限于此，这只是她实验室中五大主题之一。其他研究还包括病原体与宿主免疫细胞的作用机制，以及调节细菌染色体行为的分子配合物。

回首过往，卡彭蒂耶觉得从前的生活比现在要更难一些。现在的项目资金源要更加丰富，这对一些试图建立自己独立实验室的青年研究人员来说更为便利。她那推动医学发展，促进基因工程的目标已经实现，她的理想却始终没有淡去。“我没有改变，将来也不会改变。”卡彭蒂耶说道，“身为一个科学工作者才让我走到今天，那也正是我希望继续扮演下去的角色。”

参考资料

http://www./news/the-quiet-revolutionary-how-the-co-discovery-of-crispr-explosively-changed-emmanuelle-charpentier-s-life-1.19814#b1