科普一下华裔科学家张峰的专利官司

上礼拜2十二月六日，在Virginia的Alexandria美国商标专利局总部进行了一场关于“CRISPR-CAS9”专利所有权争议的法庭辩论。庭辩双方背后的势力都是国际学术科研界巨无霸一样的名字，一边，是哈佛大学和麻省理工学院联手，在另一端坐的则是伯克利加州大学和德国马克斯.普郎克研究所。 而让华人对此密切关注的一个原因是这场官司的一个焦点人物是著名的华人生物学家张峰。如果你是一个具有“诺贝尔”奖情节的中国人，那么你对“这个名字就不应该陌生，据说他是当今海外华裔科学家中离诺奖最近的人，真真正正是华人的骄傲。

在目前最热门的生物技术中，这项所谓“CRISPR-CAS9”的发明，被称为近半个世纪以来最具有革命性的突破。 目前是哈佛MIT双料教授的张峰就是这项技术的主要发明人和推广者。据说CRISPR-CAS9技术使科学家可以任意裁剪生物体的基因组成，在医学制药农业方面有不可估量的应用潜力。而如果在物种之间进行基因互换重组，那么这项技术就足以孕育新的物种，甚至产生“半人半兽”或者“超级人类”的怪物，彻底颠覆人类传统观念中对生物进化和伦理的思维定势，具有极大的争议性。由于张峰教授的巨大贡献，著名的科技出版集团Thomson-Reuters今年把张峰列为最有希望拿下下一界诺贝尔生化奖的学者之一。11岁从中国石家庄移民来美的张教授今只有34岁，年纪轻轻的他不仅在科学上前景光明，他的技术的商业应用也是“钱”景无限：他于2013年10月通过特别加急手续（special expedited review）为CRISPR-CAS9技术申请专利并于第二年的4月得到批准。 根据这个专利张峰与同事合作成立了Editas Medincine公司，专门探索在这项神奇技术在治疗遗传疾病上的应用。目前该公司已经筹集到了超过4亿美元的风险投资并于近期准备上市。

张峰教授

本来一帆风顺，怎奈波澜乍起。来自加州伯克利大学的珍尼佛.朵德娜（Jennifer Doudna）和德国马普所的以马内利.卡朋特（Emmanuelle Charpentier）声称她们才是CRISPR基因拼接技术的真正原创者，甚至早于张峰就提出了专利申请。遗憾的是，她们的申请走的是常规渠道，旷日持久。张峰的专利已经到手3年，而她俩的直到今天影也没有。多德纳和卡朋特怎能咽得下这口气，于是就向美国专利局提出一项所谓“专利干扰”（Patent Interference）的动议，企图挑战张峰和他隶属的研究机关对CRISPR技术的所有权。这就是我们最开始提到的那场法庭辩论，这个官司不仅仅牵扯了世界几大学术机关的脸面和利益，更加让准备靠CRISPR-CAS9技术狠狠发笔财的一众StartUp公司一时间无所适从，不知道要抱哪条粗腿，哪一棵才是真正的摇钱树。

朵德娜（右）和卡朋特（左）

若要弄清这场争端的是非恩怨，就必须不能不对CRISPR-CAS9技术的来龙去脉有一个基本的了解。困难的是，CRISPR-CAS9是现代生物技术皇冠上最为璀璨的一颗明珠，凝聚了近几十年来分子生物学技术最高精尖的知识和成就。如果没有专业博士的水平并且通读至少20篇该领域的经典文献，就很难把握技术细节，对是非曲直作出准确客观的判断。但是我今天却要不自量力一下，看看能不能三言两语把这个问题点到为止，让城里的读者也做一回专利法官，对这个专利法的“世纪之辩”做一个裁决。

让我们先来到金庸在《射雕英雄转》里写下的一个惊心动魄的经典场景：郭靖的师傅妙手书生朱聪遭到杨康的毒手身亡，但是有顺手牵羊绝技的朱聪在临死之前却从仇人身上窃得一物放在自己怀里：一只绣花鞋。原来这双绣花鞋是杨康和心上人穆念慈的定情之物，一人一只。所以当郭靖黄蓉在死者身上检到这个物证，立即就联想到和这只鞋配对的另一只，得出结论：穆念慈的爱人杨康必然在凶杀的现场。只有通过这个配对之物，郭靖黄蓉才能确定杨康是自己不共戴天的杀师之仇，于是愤而击之，让凶手横死铁枪庙，尸身被乌鸦所噬，化做一堆白骨。

原来细菌也有杀父之仇不共戴天的敌人：一种更小的叫噬菌体的微生物。噬菌体袭击细菌，造成细菌破裂而亡。但是细菌也和顺手牵羊的朱聪一样，在危难中从仇人身上扯下一物，不是绣花鞋，而是一小段DNA序列，整合进入自己的遗传基因。这段从敌人身上而来的“罪证”就仿佛死者冤魂的诅咒，铭刻在自身的遗传物质之中，代代相传，永世不忘。终于有一天，横死的老细菌的后代小细菌再次遇到杀父仇人噬菌体，它本来不认识对方，但是拿出自己身上的这个烙印和对手的基因一比较，不好，怎么和“一双绣花鞋”一样左右严丝合缝，原来老祖宗要子孙记住的敌人就是它！有了这样的预警，小细菌就有了足够的时间动员自己体内的大杀器，一个叫做“CAS9”的蛋白质，把入侵噬菌的基因切成碎片，就如同杨康的肉体被乌鸦撕碎一样。

从1993年开始，经过来自世界各地科学家10几年的努力，到了2005-2008年左右，人们基本认识到细菌的这个复仇机制有两个主要的组成部分，一个是基因序列的配对识别功能，另一个是CAS9的大刀向鬼子头上砍去的切割作用。我们知道基因序列是由ATCG四个字母组成的长串DNA分子，不同的物种个体的不同功能的基因内部ATCG的排序不同。能让细菌记住‘敌人”的这个特征序列不能太短，如果只有GGATCC五个字母长，那么即使是无冤无仇的外来基因序列，单凭巧合也会出现这样的特征，那就是滥杀无辜而不是正当防卫了。幸运的是，细菌祖先从仇人身上盗取的序列有20个字母那么长，比如ATCGGATGGCATTAGATGG，就象只有杨康才会把爱人的绣花鞋带在身上一样，也只有细菌真正的敌人才具有如此特异的序列，这是一个极其精准的复仇打击武器，绝不错杀好人。

第一个认识到这套细菌武器可以为人所用的科学家是美国西北大学的Marraffini和Sontheimer。他们巧妙地证明，尽管细菌通过配对序列牢牢记住了入侵者的特征，但是在他们通过人为手段改变了入侵者特征序列之后，细菌就不再把他们当成敌人。由此，他们预言家般地宣布：“如果这套系统能够在微生物体系之外发挥功能，那么这个根据20个字母序列而特异性裁剪基因的工具将具有巨大的应用价值”。他们也于2008年为自己的发明申请了专利，比多德纳和张峰整整早了5年。今天回首往事，也许让他们后悔的是，由于对自己试验证据深度和广度缺乏信心，他俩最终放弃了这个申请。

下一个走上CRISPR舞台的就是本文重点，CRISPR-CAS9专利之争的另一对主角， 朵德娜和卡朋特。当目前为止，绝大部分学者仅仅是把这套体系当成宿主自卫和免疫系统来研究。但是如果要这个工具跳出微生物的狭隘世界，把它改造成医治疾病和改变物种的神奇剪刀，就必须让他成为一个攻击型的武器。Marraffini和Sontheimer仅仅是预测了这一点，朵德娜和卡朋特却在实践中迈出了第一步。朵德娜在进入这个领域之前就已经是业内扬名立腕的人士，她根正苗红，出身名门，两任导师都是诺贝尔奖得主。 她的另一个优势是这个时候CRISPR系统的每个组分都得到了前人的鉴定和纯化。站在无数既是无名英雄的肩膀上，朵德娜和卡朋特合作，第一次脱离了细菌细胞这个活体环境，在试管里把每个组分混合在一起，证明他们依然有精确切割DNA的功能。这样CRISPR就跳出了细菌免疫复仇系统这个狭小的概念，成为全世界分子遗传工程专家的梦想武器。

如果把朵德娜等的研究比作邓稼 先成功爆炸原子蛋，这下一位登场的少年英雄张峰就好像是为中国研制了远程弹道导弹的钱学森，给CRISPR这个分子生物技术原子弹插上了翅膀，让它飞跃重重障碍，直接命中高等生物细胞核中的靶子。这是一项极其艰深的革新，因为包括人类组织在内的高等生物细胞比细菌复杂得多，基因被细胞核和蛋白质层层包裹，难以逾越。30岁的张峰在进入这个领域之前就致力于基因剪切的研究，深感同类技术效率的低下，所以一看到CRISPR技术的曙光就一头扎了下去。他比他竞争者成功的地方在于第一敢于冒险，不屑于把时间浪费在一些把握性比较大的“稳妥”项目上，而是一上来就盯准了难度最大回报也最大的高级动物细胞，居然一举成功，成为这个领域的领头羊。第二，他乐见同行间的合作分享，比如他成立了一个GOOGLE GROUP 专门讨论技术问题并自任版主，答疑解难，还向全球同行免费提供自己实验室研发的各种试剂和工具，为这项技术的快速推广起了极大的推动作用。

回顾了CRISPR革命的3个关键的突破点之后，让我们再回到专利之争上来。显然，入行最晚的张峰目前在竞争中居然占据最有利的地位，因为他专利已经在手；相反，最早作出革命性突破的Marraffini们却在瓜分战中分不到任何油水，因为他们的专利申请早已半途而废。朵德娜介于两者之间，但是看来她对自己的发明也没有足够的重视，否则当初申请专利的时候如果咬咬牙多花点钱做一个加急处理，现在也没有这么被动了。所以说不论官司的结局如何，大家学到的一个教训就是“来得早不如来得巧，来得巧不如专利申请得好”。

朵德娜和张峰之争的焦点在于朵德娜认为张峰的CRISPR高等细胞转移技术是完全建立在她的工作之上，因此技术的原创所有权在她。但是张峰坚持说在朵德娜的工作发表之前他自己的实验室就独立地创建了独特的体系，并有相关的试验记录为证据。张峰的同事，著名基因组学家Eric Lander, 今年在《细胞》杂志发表了一篇题为《CRISPR英雄谱》的长文，系统报道了世界各地对CRISPR革命作出贡献的英雄人物，特别对张峰的工作非常推崇。如果没有对张峰工作的熟悉和信任，相信他一个成名人物不会妄下结论。但是，这么具有戏剧性的一场争端，如果没有一个更加狗血的情节来衬托暖场，那也太说不过去了。这个最近的狗血情节就是张峰手下的一个中国交换学生给朵德娜写信，愿意作证说张是读了她的文章之后才急匆匆跳到CRISPR动物细胞转移技术上，交换条件是朵德娜接受他去伯克利继续研究工作。朵德娜对这个证据如获至宝，因为专利官司的相关材料都是公开的，我们可以看到她在8月份已经将这个中国学生的证词上交专利法庭备案。张峰在这场争夺战中的前景一下子蒙上了一道阴影。

最后再总结一下CRISPR风暴。多少年来，微生物的对外防御机制一直是生物技术发展灵感的宝藏。象这样的例子最早可以追溯到快100年前的微生物学家亚历山大.弗 来明，在被霉菌污染的细菌培养皿中，他意外地发现霉菌周围不长细菌，原来是霉菌能分泌一种抗细菌的化合物，叫做青霉素，20多年以后被纯化并且大规模工业生产，诞生了传染病治疗的医学革命。第二个例子和我们今天的主题CRISPR有点类似，也是细菌运用蛋白质对入侵的病毒基因进行切割防御， 这种蛋白质被称为“限制性内切酶”，但是他们没有CRISPR那么神，只能根据很短的识别序列开刀，因此不象CRISPR这样高度精准的手术刀。但是这个特性却让这个工具在法医鉴定上有了独特的作用，由于不同的人有不同的基因序列，用限制性内切酶对犯罪现场的血样DNA进行处理，会产生每个人独特的片断图谱，用于判断谁是真凶，谁受了冤枉。而CRISPR就是我们从细菌身上学到的又一项独门功夫，预示了生命科学新时代的到来。因此，我真诚地希望朵德娜和张峰能达成庭外和解，共享专利，共同推动CRISPR技术为人类的健康造福。

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