打破錢學森記錄,這位華裔天才成為MIT史上最年輕華人終身教授

獲得晉升的5位MIT理學院教授

今年是麻省理工學院(MIT)遷入劍橋市100周年,該校舉行了系列慶祝活動。該校理學院(School of Science)近日宣布晉升五位副教授為終身教授,其中包括年僅34歲的著名華人生命科學家張鋒。

MIT歷史上,錢學森在35歲時獲得晉升,曾經在很長一段時間里是MIT最年輕華人終身教授記錄的保持者。

(本文綜合自星島日報,藥明康德、健康界、錢江晚報)

張鋒原是MIT理學院副教授,主要研究領域為神經系統功能與疾病。他在自然微生物CRISPR系統用于真核細胞(包括人類細胞)的基因編輯工具開發方面做出了最前沿的探索。通過CRISPR及其他方法,張鋒教授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。

張鋒1994年隨家人移民來到美國,并在讀高中時候開始對生命科學研究產生極大的興趣。他于2004年獲得哈佛學院化學與物理學學士學位、2009年獲得斯坦福大學化學及生物工程博士學位。

張鋒于2011年加入MIT,同時在麥戈文腦科學研究所(McGovern Institute)大腦與認知科學部門,以及博德研究所(Broad Institute)從事科研工作。2013年,他的實驗室開發出創新性CRISPR/Cas系統,大幅度提高了編輯基因的可靠性和效率,而引起國際關注和并因他突破性的研究成果而獲得各種榮譽。

2014年,張鋒被《自然》雜志評選為2013年年度十大科學人物之一,2015年獲得“年度波士頓人”提名,2016年三月獲得加拿大蓋爾德納國際獎。

張鋒教授的研究興趣主要集中在復雜遺傳病領域,比如由基因和環境因素導致的精神與神經系統疾病,傳統方法用于這類研究時往往很難建立模型。

2016年,張鋒因對以CRISPR/Cas9基因編輯技術的杰出貢獻獲得第二屆唐獎(Tang Prize)之“生技醫藥獎”,同另外兩位科學家分享超過百萬美元的獎金。

張鋒教授(上圖左)

獲得唐獎的消息在麻省理工學院引起極大的關注,校方領導紛紛表示祝賀。“張鋒教授的實驗室已成為CRISPR研究的全球樞紐。

他的研究小組同其他科學家分享了數以萬計的CRISPR-Cas9組件,并且已經培訓了數千名科學家使用CRISPR/Cas9技術。唐獎是對張教授在這個領域所做的一切的非常合適的肯定,”MIT教務長施密特(Martin Schmidt)先生說。

同時獲得晉升的包括MIT地球、大氣與行星科學系教授奧利弗·亞古茨(Oliver Jagoutz),物理系教授馬庫斯·克魯特(Markus Klute),化學系教授伊麗莎白·諾蘭(Elizabeth Nolan),數學系教授菲利普·瑞格萊特(Phillipe Rigollet)。

超越錢學森的張鋒是誰?

先看看他簡單的履歷吧:

1983年出生中國石家莊

2004年畢業于哈佛大學化學物理專業

2009年取得斯坦福大學化學與生物工程博士

2011年加入麻省理工學院

2013年發現CRISPR/Cas系統可用來編輯DNA,使基因療法成為可能。獲得美國瓦利基金青年研究家獎(Vallee Foundation YoungInvestigator Award),獎金 25 萬美元。

2014年被《Nature》雜志評為2013年年度十大科學人物之一;獲得National Science Foundation (NSF)最高榮譽Alan T. Waterman Award,Jacob Heskel Gabbay Award in Biotechnology and Medicine,和Society for Neuroscience Young Investigator Award;獲得美國首個CRISPR專利;設立Editas Medicine公司,該旨在利用 CRISPR 基因編輯技術開發出直接更改致病基因的療法,獲得4300萬美元風投。

2015年獲Tsuneko & Reiji Okazaki Award;

少年的科學夢想

這名生命科學領域的年輕領袖,在美國中部的一個小城市起步。張鋒1983年出生于中國河北石家莊,93年隨父母移民美國愛荷華州Des Moines。

在業內資深新聞網站STAT的一次采訪中,張鋒教授和他的母親都回憶起了一個秋夜發生的故事——那天回家的路上,母子倆被漫天的落葉所深深吸引。這些秋葉在發芽生長的幾個月后,逐漸老去和死亡,留下了生命中最后的一抹亮色。在車上,母子倆聊起了生命的短暫。是的,生命很容易就會消逝。很快,連存在過的痕跡都會難以辨識。“我想要盡力改變些什么東西,這對我來說很重要”,張鋒教授說道。

很快,年輕的張鋒在自己的身邊找到了興趣點——他的父母都是計算機科學專業,這讓張鋒對編程產生了興趣。而1993年上映的《侏羅紀公園》,讓張鋒意識到,生物體原來也是一個可以編輯和控制的系統。

上高中時,老師觀察到他對恐龍及生物工程表現出超乎尋常的興奮和興趣。不久以后,這位老師幫張鋒在當地的the Human Gene Therapy Research Institute實驗室找到了一份志愿者的工作。從此以后,張鋒每天放學以后都會到實驗室來參與一些分子生物學的工作。在那里,張鋒從零起步,學會了如何將來自水母的綠色熒光蛋白基因,轉移到另一個生物的細胞內,并讓它順利工作。“它們發光了!”盡管已過去了20多年,但當回憶起實驗成功的那一刻,張鋒教授還是難掩興奮。

憑借在這個實驗室做出的一個遺傳學課題,張鋒獲得了2000年的“英特爾科學獎”全美第三名。要知道這項享有盛譽的科學大賽起源于1942年,已經有8名獲獎者后來榮獲諾貝爾獎,其中就包括錢學森的堂侄,加州大學圣地亞哥分校的錢永健教授,在1968年15歲時獲得Intel Science Talent Search獎。

高中畢業后,張鋒獲得了哈佛大學的全額獎學金,前往波士頓繼續學習。很快,在著名華人學者莊小威教授的幫助下,張鋒與其他幾名研究人員一道,幫助解釋了流感病毒進入細胞的方法。他所利用的技術,正是自高中時就駕輕就熟的綠色熒光蛋白。

人們往往把這稱為命中注定:他的每一步,都像是為之后所做的鋪墊。一顆學術之星,也正在冉冉升起。

諾貝爾獎級別的發現

高中以后張鋒順利考取了哈佛化學及物理專業。他后來解釋為什么選擇這個專業而不是他已經有所成就的分子生物學。雖然分子生物學每天都有令人振奮的新進展,物理和化學的基本原理卻是比較穩定的,他想要打好基礎,讓自己在今后的學術道路具有堅固的基石。在哈佛大學的本科學習期間,他受到莊曉薇的賞識,進入了她的實驗室。

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(StevenChu),卻陰差陽錯地碰到了剛剛擁有自己實驗室的 Karl Deisseroth。經過短暫溝通之后,Zhang 對 Deisseroth 的課題非常感興趣,Deisseroth 也對張鋒在化學和物理方面的堅實基礎留下了深刻印象,他盡力說服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,利用光學刺激和來自水藻的光敏感蛋白精密控制大腦神經元活動。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,也使得他們在腦科學的發展史上深深地刻下了自己的名字,并因此榮獲了2012Perl-UNC Neuroscience Prize 和 2014 Alan T. Waterman Award 。

在哈佛大學GeorgeChurch教授的實驗室完成博士后訓練后,張鋒成了布羅德研究所(BroadInstitute)最年輕的科研負責人。這家附屬于麻省理工學院和哈佛大學的機構一共有8名核心成員,張鋒也是其中之一。

在那里,張鋒教授顯示出了卓越的眼光。“他總是能發現具有潛力的想法”,他的同事們在一次采訪中曾這樣說道。自然,像CRISPR-Cas9基因編輯系統這樣充滿變革能力的技術,也不會被張鋒教授的慧眼所忽略。

在當時的2011年,已有少數的研究團隊開始利用CRISPR/Cas來靶向基因組的一些精確區域,但卻沒有人想到或者把它用作調整人類基因組的工具。而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。自從張鋒捅破這層窗戶紙以后,迎來了基因組編輯領域許多的進展和應用。

CRISPR/Cas是一種在大多數細菌和古細菌中存在的天然免疫系統,利用了插入到基因組中的病毒DNA(CRISPR)作為引導序列,通過CRISPR相關酶(Cas)來切割入侵病毒基因組物質。最初,CRISPR-Cas9系統僅僅是特定細菌體內用來抵御病毒感染的“免疫系統”,然而包括張鋒教授在內,許多科研人員都意識到,這一系統有望用于精確、快速的基因編輯。2012年,JenniferDoudna教授與EmmanuelleCharpentier教授在《科學》雜志上發表文章,確認CRISPR-Cas9系統在體外實驗中能“定點”對DNA進行切割。兩個月后,VirginijusSiksnys教授在《PNAS》雜志上發表了類似的研究。這些論文也表明CRISPR-Cas9系統作為基因編輯工具的巨大潛力。

這離CRISPR-Cas9系統的進一步應用只差臨門一腳:科學家們需要證實,這項來源于細菌的基因編輯系統,同樣能應用于人體。這可是個大膽的假設。要知道,兩者的基因組復雜程度有著云泥之別。

然而張鋒教授與他的團隊做到了。2013年,張鋒教授在《科學》雜志上發表了一篇重磅研究:他們首次在哺乳動物內應用了CRISPR-Cas9系統,并確認它能在幾周內建立起小鼠的疾病模型。此外,張鋒團隊也首次在人體細胞內成功地用CRISPR-Cas9系統完成了基因編輯。

這些發現帶來了CRISPR-Cas9系統的巨大變革。它讓科學家們能夠完成先前不敢設想的工作。如今,我們有望能清除每一個受感染細胞中的艾滋病病毒,或是治療鐮刀狀紅細胞貧血癥等經典的遺傳疾病。甚至,科學家們已經暢想利用它來攻克癌癥的可能。此外,它也能在植物的基因組中得到應用。這能帶來全新的生物能源,或帶來性狀更穩定的作物。

2016年6月,CRISPR-Cas9技術已被美國國立衛生研究院正式批準用于人體基因編輯。賓州大學的CarlJune教授等人希望利用CRISPR-Cas9技術移除癌癥患者T細胞的多個基因,從而激活T細胞,用來治療癌癥。而Nature也報道說華西醫院的盧鈾教授的團隊在8月開展了史上首例CRISPR-Cas9系統在人體中的應用,用于肺癌患者的治療。這表明這一領域有巨大的潛力。

2014年4月15日,美國專利局將CRISPR-Cas9技術的專利頒發給張鋒所在的Broad研究所,而張鋒博士就是該專利的發明者。專利權限包括在真核細胞或者任何細胞有細胞核的物種中使用CRISPR。這就意味著,他們擁有在除細菌外的任何生物中使用CRISPR的權益,包括老鼠、豬、牛和人。這使得他和他的研究所幾乎可以控制所有與CRISPR相關的重要商業應用。

如果有些讀者看不懂上面比較學術化的語言,我們再來深度科普下。

CRISPR是一個簡稱,直譯成中文是“成簇的規律間隔短回文重復序列”。

事情要從細菌講起。CRISPR Cas系統,是多數細菌用來保護自己的防御機制。通過這一套系統,細菌可以識別并降解來自病毒的DNA,從而阻止病毒的感染和復制。幾千年來,細菌沒有消炎藥吃,都是這么保護自己的。

5年多前,人類才搞清楚這個機制。2012年,兩位女科學家杜布拉和卡彭蒂耶在《科學》雜志上發表論文指出:細菌用來對抗病毒的系統,叫做CRISPR-Cas9系統,可以作為簡單、靈活的基因組編輯工具。

什么是基因編輯工具呢?

相當于一把修剪基因的剪刀。在基因編輯工具應用之前,研究基因的“剪刀”,基本是盲剪,但是CRISPR-Cas9系統可以準確地識別特定區域的問題基因,并且進行修復的工具。

2014年3月,首個人類基因活動的全圖譜問世,這組基因圖譜從全局的角度揭示了人體內不同細胞中,調控2萬多個基因表達的復雜網絡。

但是這2萬多個基因的身份、功能、彼此之間的關系,還搞不清。這就需要生物科學家通過敲除(去掉)某一個基因的方法,來看看生物體會發生什么變化,從而判斷它們各自的職能和聯動的方式。

有這把基因編輯“剪刀”之前,做基因敲除,在技術上非常難操作,在經濟和時間、精力的花費都非常大。敲除小動物的一個基因,需要高技術操作半年,價格在10萬元人民幣。

CRISPR-Cas9技術面世后,這把基因“剪刀”只要半個小時,就能完成一個目標基因的敲除,還非常廉價。

而張鋒教授,正是這把基因“剪刀”真正研制者之一,并且使它能夠用于任何生物的基因編輯。

這個系統可以迅速地定位問題基因,并且進行敲除。然后科學家可以再次利用這把“剪刀”,對被敲除的基因進行修復,最終用于治療疾病。

目前,在實驗室里,這把“剪刀”已經能夠通過剪輯,幫助人類細胞抵抗艾滋病病毒;治愈肌肉發育不良、白內障、遺傳肝病的小鼠。

摘自:科壇春秋

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