在前不久舉行的 “光明科學(xué)城?2020 工程生物創(chuàng)新大會(huì)暨《麻省理工科技評(píng)論》中國(guó)生命科學(xué)創(chuàng)業(yè)大賽決賽” 上，Tessera Therapeutics（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “Tessera”）聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO Geoffrey von Maltzahn 針對(duì)新興技術(shù) “基因書(shū)寫(xiě)”（Gene Writing）發(fā)表了演講。

圖 | Tessera Therapeutics 聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO Geoffrey von Maltzahn（來(lái)源：Tessera Therapeutics 官網(wǎng)）

以下是演講實(shí)錄整理：

大家好，我是 Tessera 聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO Geoffrey von Maltzahn，我也是 Flagship Pioneering 的合伙人，很高興借此機(jī)會(huì)向大家介紹我們正在做的工作。

Tessera 正在研究 “基因書(shū)寫(xiě)” 技術(shù)，我將從具體內(nèi)容和潛在應(yīng)用兩個(gè)方面進(jìn)行介紹。

（來(lái)源：Tessera Therapeutics 官網(wǎng)）

我們看上面這張圖，這是驅(qū)動(dòng)我們生命的基因代碼，我們每個(gè)人的生命都基于這些數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的基因代碼。如果一個(gè)剛出生的孩子基因中缺少了圖中紅色的部分，他可能活不了幾個(gè)月。

目前科學(xué)界在解讀基因代碼上已經(jīng)取得了不俗的成績(jī)，從 20 年前的一個(gè)人類(lèi)基因組到現(xiàn)在的數(shù)百萬(wàn)至數(shù)十億，我們得以窺視 “生命之樹(shù)” 的每個(gè)分支的秘密。

不過(guò)在編寫(xiě)基因代碼的能力上，我們始終進(jìn)展有限，這也是我們創(chuàng)立 Tessera 的目的。如果我們能把這些紅色基因代碼寫(xiě)回基因組的特定區(qū)域，這個(gè)孩子就能過(guò)上正常人的生活。

我們做這件事的原因很簡(jiǎn)單，即 DNA 是驅(qū)動(dòng)我們生活世界的底層代碼，所以基因組編輯很可能是本世紀(jì)的一項(xiàng)決定性技術(shù)。未來(lái)難以預(yù)知，但我們確信基因編輯在未來(lái)一定扮演重要角色。

在過(guò)去的 100 年中，醫(yī)學(xué)一直在向 DNA 方向發(fā)展。目前的藥物發(fā)現(xiàn)都主要集中在小分子藥物、蛋白質(zhì)等。但在疫情中我們看到了更多的 RNA 藥物正在拯救世界，DNA 治療也逐漸開(kāi)展臨床試驗(yàn)，而這僅僅是 DNA 作為藥物跨入治療領(lǐng)域的一個(gè)開(kāi)端。如果你想治愈一種疾病或提供持久的保護(hù)防范于未然，DNA 療法是正確的歸宿。

DNA 驅(qū)動(dòng)著每個(gè)細(xì)胞的生物過(guò)程，我們認(rèn)為遺傳療法的優(yōu)勢(shì)正在凸顯，在效率、特異性、保真度方面遺傳療法的表現(xiàn)矚目，并且脫靶突變的問(wèn)題在將來(lái)都可以通過(guò)免費(fèi)測(cè)序讀取解決。

最好的技術(shù)應(yīng)該在領(lǐng)域內(nèi)得到最廣泛的應(yīng)用，因此，我們的使命就是 “通過(guò)書(shū)寫(xiě)生命的代碼來(lái)治愈疾病?！?定位基因組中的某個(gè)位置，通過(guò)無(wú)損傷的插入或刪除，將一對(duì)堿基替換成任何其他堿基。把一個(gè)完整的基因、一個(gè)更小的序列、一個(gè)外顯子或是多個(gè)基因?qū)戇M(jìn)基因組，這個(gè)過(guò)程聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但對(duì)醫(yī)學(xué)卻有著廣泛影響。

在過(guò)去幾年中，我們發(fā)明了一種名為 “基因書(shū)寫(xiě)” 的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)過(guò)程。這一方法極有可能成為未來(lái)醫(yī)學(xué)在遺傳水平上具有超凡應(yīng)用意義的工具。阻止一個(gè)基因在染色體間跳來(lái)跳去，這種通過(guò)跳躍基因向基因組中引入變化的能力，極有可能幫助人類(lèi)幸免某些疾病。例如一種遺傳藥物能保護(hù)你不受阿爾茨海默病或其他類(lèi)似疾病的侵襲。

接下來(lái)，我將介紹我們是如何做到的。

CRISPR 是一個(gè)非常棒的工具，可以程序性地切割 DNA。當(dāng)基因組被 CRISPR 工具切斷時(shí)，它試圖進(jìn)行自我修復(fù)，不過(guò)通常以一種容易出錯(cuò)的方式進(jìn)行修復(fù)，這很可能導(dǎo)致基因失去功能，所以如果你想讓一個(gè)基因喪失功能，CRISPR 和其他核酸酶是不錯(cuò)的工具。

但目前這個(gè)領(lǐng)域最需要的是不僅僅是剪切或是關(guān)閉某些基因功能，而且是加入治療性信息。

CRISPR 在這方面做的并不好，但這并不是它的錯(cuò)，這反而激發(fā)了我的靈感。

CRISPR 是微生物在進(jìn)化過(guò)程中形成的一種出色的可編輯免疫系統(tǒng)，它可以有序地摧毀入侵的 DNA，所以并非是通過(guò)借助 CRISPR 的能力就能完成對(duì)復(fù)雜基因序列的 “書(shū)寫(xiě)”。

那我們后退一步去看看大自然會(huì)給我們什么啟示，看看自然界數(shù)百萬(wàn)年的進(jìn)化是否已經(jīng)有了可以進(jìn)行程序性 “書(shū)寫(xiě)” 的機(jī)制。我們很快意識(shí)到，一類(lèi)被稱(chēng)為 “可移動(dòng)遺傳因子” 的 DNA 可以進(jìn)行自我復(fù)制，并且可以非常高效地粘貼或移動(dòng)到一個(gè)新的位置。

如果你聽(tīng)過(guò) Richard Dawkins 關(guān)于 “自私的基因” 的概念，你也許會(huì)知道我們的基因組是一個(gè)被自然選擇的單元。它像一個(gè) “城市”，成千上萬(wàn)的基因像住在其中的生命體，它們?yōu)闋?zhēng)奪生存的制高點(diǎn)而戰(zhàn)。“可移動(dòng)遺傳因子” 就是一段能夠進(jìn)行自我復(fù)制，找到一個(gè)新的 “居所” 并 “入住” 的 DNA 序列。人類(lèi)的基因組是由曾經(jīng)的 “可移動(dòng)遺傳因子” 塑造的，如果你去看自然界的各類(lèi)基因組，“可移動(dòng)遺傳因子” 是世界上最豐富的一類(lèi)基因。我們憑借它來(lái)構(gòu)建生物技術(shù)。我們相信，已經(jīng)被選擇的進(jìn)化標(biāo)準(zhǔn)與治療性序列書(shū)寫(xiě)進(jìn)基因組的概念完美契合。

過(guò)去幾年間，我們通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，千百萬(wàn)年來(lái)，“可移動(dòng)遺傳因子” 依然具有功能。我們尤為關(guān)注的，是可以在人類(lèi)基因組上進(jìn)行操作和可以被編輯的那些 “可移動(dòng)遺傳因子”。它們可以進(jìn)一步自我繁殖、復(fù)制或是在基因組間跳躍。不僅如此，在某些特定情況下，“可移動(dòng)遺傳因子” 復(fù)合體可以在基因組中的不同位置通過(guò)編程插入各種各樣的治療序列，而不是插入它們自身。

這樣的 “基因書(shū)寫(xiě)器” 系統(tǒng)，通常包括至少兩個(gè)部分：一個(gè) “基因書(shū)寫(xiě)蛋白” 和一個(gè) “基因書(shū)寫(xiě)模板”。

如果你把基因書(shū)寫(xiě)蛋白和 CRISPR 進(jìn)行對(duì)比，可以看到在完成切割后，CRISPR 會(huì)認(rèn)為 “修復(fù)不在我的工作范疇內(nèi)”，而是依賴(lài)于宿主細(xì)胞自身進(jìn)行修復(fù)或插入序列，而我們所設(shè)計(jì)的基因書(shū)寫(xiě)蛋白和基因書(shū)寫(xiě)模板就可以將某段 DNA 插入特定位點(diǎn)。

我們已經(jīng)構(gòu)建了可以解決不同大小基因序列的 “基因書(shū)寫(xiě)器”。從單堿基或多堿基對(duì)的替換，到上至 100 個(gè)堿基對(duì)的無(wú)損傷插入或刪除，或是在指定位置寫(xiě)入整段外顯子或基因，我們稱(chēng)為 “書(shū)寫(xiě) “。

我們又從另一個(gè)自然產(chǎn)物 - 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子中獲得了靈感，借用了它的復(fù)合體，創(chuàng)造了 “RNA 基因書(shū)寫(xiě)器 “。逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子是” 可移動(dòng)遺傳因子 “的一個(gè)分支，我們借助重組酶和轉(zhuǎn)座子復(fù)合體構(gòu)建了 DNA 遺傳學(xué)。在 “RNA 基因書(shū)寫(xiě)器” 中我們已經(jīng)創(chuàng)造了能看到的所有類(lèi)型的編輯系統(tǒng)，從改變一個(gè)堿基到其他任何堿基，到無(wú)損傷的插入或刪除，乃至寫(xiě)入整個(gè)基因。而對(duì)于 “DNA 書(shū)寫(xiě)器”，將某個(gè)基因插入或?qū)懭肽硞€(gè)特定位置則尤為適用。

我將向你們展現(xiàn)這些工作原理，我希望它能證明，利用大自然的創(chuàng)造力來(lái)做這件事是多么偉大。

一個(gè) “RNA 基因書(shū)寫(xiě)器” 會(huì)靠近并抓取它的模板 RNA，然后進(jìn)入基因組并將其混合，從而介導(dǎo)局部展開(kāi)并將特定序列的 RNA 退火到該位點(diǎn)，然后靶向引發(fā)逆轉(zhuǎn)錄，將 RNA 轉(zhuǎn)化為互補(bǔ) DNA，從而將新的 DNA 序列插入該位置。據(jù)我們所知，我們所做的正是分子生物學(xué)領(lǐng)域的第一次。

我們?cè)诩?xì)胞中插入兩個(gè) RNA，一個(gè)編碼基因書(shū)寫(xiě)器蛋白，另一個(gè)則是模板 RNA。這兩個(gè) RNA 共同作用使一個(gè)全新的 DNA 基因插入基因組。正如我們?cè)?mRNA 疫苗中所看到的僅利用 RNA 進(jìn)行治療可以產(chǎn)生多重優(yōu)勢(shì)，包括可擴(kuò)展能力、定制能力以及潛在的低成本。

而對(duì)于另一類(lèi)基因書(shū)寫(xiě)器，則褒貶不一?；蛟S有人認(rèn)為更優(yōu)雅，有人則認(rèn)為更無(wú)聊。

一個(gè) “DNA 基因書(shū)寫(xiě)器” 抓住一個(gè) DNA 環(huán)靠近基因組。只需一步就可以直接將其插入到特定位點(diǎn)，這特別適合插入整個(gè)基因。

我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了第一批能夠以高度序列特異性且高效地將基因插入人類(lèi)基因組的 “DNA 基因書(shū)寫(xiě)器”，我們將多個(gè) “DNA 基因書(shū)寫(xiě)器” 用于臨床試驗(yàn)，治愈了多種患有遺傳缺陷的小鼠。不幸的是，在發(fā)育中的幼崽，肝臟細(xì)胞不斷分裂。這意味著我們目前通過(guò)遞送 DNA 環(huán)的這種基因治療方式，整合到基因組效率低下。當(dāng)細(xì)胞復(fù)制它們自身的基因組時(shí)，這個(gè) DNA 環(huán)并沒(méi)有被復(fù)制。在我們的系統(tǒng)中，通過(guò)遞送 DNA 環(huán)和 “DNA 基因書(shū)寫(xiě)器” 已經(jīng)能夠?qū)⒃撔蛄杏谰眯缘夭迦氤赡晷∈蠡蛴啄晷∈蠡蚪M中，從而在靶向細(xì)胞中永久治愈。因此，我們對(duì)遺傳醫(yī)藥和基因書(shū)寫(xiě)領(lǐng)域充滿(mǎn)信心。

我們也相信它將成為醫(yī)藥領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，目前有數(shù)萬(wàn)億美元的公司在開(kāi)發(fā)生物小分子、生物制劑，大多數(shù)有療效，而其中的一些能夠治愈疾病?；驎?shū)寫(xiě)提供了一個(gè)讓我們從發(fā)掘藥物治愈疾病到通過(guò)編寫(xiě)疾病易感基因避免疾病侵襲的可能。這些遺傳代碼是終生疾病的遺傳基礎(chǔ)，也是我們健康生活的組成部分。

Tessera 仍是一家年輕的公司，我們位于劍橋，緊鄰波士頓。如果我們不關(guān)注公司在全球的定位、不考慮世界各國(guó)之間的協(xié)同效應(yīng)，我們將失去一部分機(jī)會(huì)。在許多方面，如研發(fā)和臨床試驗(yàn)，中國(guó)都是理想之地。而且在中國(guó)對(duì)于生物技術(shù)的信念也非常值得欣賞。比起美國(guó)，中國(guó)有更多的 CAR-T 臨床試驗(yàn)在進(jìn)行，越來(lái)越多的資金投向這些療法。很榮幸能從兩個(gè)維度向您展示我們正在做的事情。

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