生命科学界的张峰是怎样的存在？

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生命科学界的张峰是怎样的存在？
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检验医师

在这个科技日新月异的时代，有一位科学家的名字频繁闪耀在基因编辑的星空之上——张锋，他不仅是CRISPR技术的先驱之一，更是持续推动这一领域迈向新高度的关键人物。今天，就让我们一同探索张锋教授近年来在基因编辑领域的辉煌成就，以及他和他的团队所带来的那些令人瞩目的新技术和研究成果。

其人其事



张锋（Feng Zhang），1981年出生于中国河北省，后随父母移民至美国。在美国，张锋凭借其出色的学术成绩进入了哈佛大学，并在2004年获得了化学与物理学双学士学位。随后，他在斯坦福大学攻读博士学位，师从著名神经科学家卡尔·戴瑟罗夫（Karl Deisseroth）。在斯坦福大学期间，张锋参与了光遗传学（optogenetics）的早期研究，这一技术使科学家能够使用光来控制神经元的活动。这项工作为他在神经科学和基因编辑领域奠定了坚实的基础。
博士毕业后，张锋加入了麻省理工学院（MIT）和布罗德研究所（Broad Institute），并迅速在基因编辑领域崭露头角。张锋的研究专注于开发新的基因编辑技术，并将其应用于治疗各种遗传疾病。他最为人所知的贡献是他在CRISPR-Cas9基因编辑系统上的开创性工作，这一技术已经彻底改变了基因组编辑的方式。
科研硕果

张锋的科研生涯中，最具影响力的莫过于他在CRISPR-Cas9基因编辑技术上的工作。CRISPR-Cas9是一种源自细菌的免疫系统，它能够识别并切割外来DNA，保护细菌免受病毒感染。科学家们发现，这一系统可以被改造并用于精确地编辑任何生物体的基因组，这一发现引发了全球范围内的科学革命。

  CRISPR-Cas9的开发与应用
2012年，张锋和他的团队在《Science》杂志上发表了一篇题为“RNA-guided human genome engineering via Cas9”的论文，描述了如何使用CRISPR-Cas9系统进行人类基因组的编辑。这篇论文展示了CRISPR-Cas9系统如何能够在体外和体内进行基因编辑，并且具有高度的特异性和效率。张锋的工作证明，CRISPR-Cas9可以用于各种生物体的基因组编辑，包括人类细胞，从而开启了基因编辑技术在生物医学领域的广泛应用。
  CRISPR-Cas9的优化与新工具开发
除了最初的CRISPR-Cas9系统，张锋的团队还致力于改进和扩展这一技术。例如，他们开发了Cas9的变体，如Cpf1（现称Cas12a），这是一种不同于Cas9的核酸酶，具有独特的切割特性和更小的导向RNA需求。这些改进使得CRISPR系统在某些应用中变得更加灵活和高效。
2015年，张锋团队在《Cell》杂志上发表了题为“CRISPR-Cpf1: A Simpler and More Precise System for Genome Editing”的论文，详细介绍了Cpf1的优点和应用。与Cas9相比，Cpf1具有较小的蛋白质结构和不同的切割机制，使其在某些应用中具有更高的特异性和效率。
  基因组筛选与功能研究
张锋的团队还利用CRISPR-Cas9系统进行全基因组筛选，以研究基因功能和发现新的药物靶点。通过CRISPR干扰（CRISPRi）和CRISPR激活（CRISPRa）技术，研究人员可以分别抑制或激活特定基因的表达，从而系统性地研究基因功能。
2016年，张锋团队在《Science》杂志上发表了题为“Genome-scale CRISPR-Cas9 knockout screening in human cells”的论文，描述了他们如何使用CRISPR-Cas9进行全基因组筛选，以鉴定与癌症和其他疾病相关的重要基因。这项工作为功能基因组学研究提供了强大的工具，加速了生物医学研究的进展。
基因编辑技术的临床应用

张锋的研究不仅在基础科学领域取得了重大突破，也在临床应用方面展现了巨大的潜力。基因编辑技术为治疗多种遗传性疾病提供了新的希望，例如镰状细胞贫血、囊性纤维化和杜氏肌营养不良症等。
  镰状细胞贫血的治疗
镰状细胞贫血是一种由单一基因突变引起的遗传性血液疾病。利用CRISPR-Cas9系统，研究人员可以修复导致这种疾病的突变基因，从而治愈患者。张锋的团队在这一领域做出了重要贡献，他们的研究展示了如何在体外成功修复患者的造血干细胞，并将其移植回患者体内，从而恢复正常的血液生成。
2019年，张锋团队在《Nature》杂志上发表了一篇题为“CRISPR-Cas9 gene editing for sickle cell disease and β-thalassemia”的论文，展示了他们在动物模型中成功修复镰状细胞贫血的基因突变，并计划将这一技术推进到临床试验阶段。
  视网膜疾病的治疗
视网膜色素变性（Retinitis Pigmentosa）是一种导致视力逐渐丧失的遗传性疾病，张锋的团队利用CRISPR技术开发了一种潜在的基因治疗方法。通过在视网膜细胞中精确地编辑致病基因，他们展示了在动物模型中恢复部分视力的可能性。
2020年，张锋团队在《Nature Medicine》上发表了题为“In vivo gene editing of retinal cells to treat inherited retinal diseases”的论文，报告了他们在动物模型中成功编辑视网膜细胞的结果，为未来的临床试验奠定了基础。
  杜氏肌营养不良症的治疗
杜氏肌营养不良症（Duchenne Muscular Dystrophy）是一种严重的遗传性肌肉疾病，通常在儿童期发病。张锋的团队利用CRISPR-Cas9系统修复了导致这种疾病的基因突变，在动物模型中显示出显著的治疗效果。
2017年，张锋团队在《Science Advances》杂志上发表了题为“CRISPR-Cas9-mediated genome editing restores dystrophin expression and function in a mouse model of Duchenne muscular dystrophy”的论文，展示了他们在小鼠模型中修复肌营养不良基因突变的成果。这一研究为未来的临床应用提供了有力的证据。

近两年最新成果

近年来，张锋的研究团队也在基因编辑领域取得了多项重要的研究发现，并在顶级学术期刊上发表了相关成果，推动了该领域的发展。
  Fanzor——真核生物CRISPR系统
2023年5月，张锋团队在《Nature》杂志上发表了一篇题为“Fanzor is a eukaryotic programmable RNA-guided endonuclease”的论文，这项研究发现了一种新的RNA引导的DNA剪切酶，名为Fanzor，这是首次在真核生物中发现的类似CRISPR的系统。研究表明，通过工程化改造，Fanzor的活性显著提高，具有潜在的基因编辑应用。
  大数据算法利器FLSHclust
2023 年 11 月，张锋实验室和 NCBI-NIH 的 Eugene V. Koonin 团队联合在《 Science》 杂志发表研究论文 Uncovering the functional diversity of rare CRISPR-Cas systems with deep terascale clustering。该研究开发了新型聚类分析工具——FLSHclust，FLSHclust 遍历数十亿蛋白序列，实现了每秒万亿次（太拉级）运算，快速定位敏感聚类分析。FLSHclust 的聚类分析表现可以和著名序列分析算法 MMseq2 相媲美，能够对海量数据集进行深度聚类，发现了 188 个之前未见报道的新型 CRISPR-Cas 相关系统，揭示了许多与适应性免疫相关的生化功能。
  在副肿瘤性 Ma 抗原（PNMA）家族的研究
2024 年 3 月，张锋团队在 PNAS 杂志发表题为“Madigan V et al. Human paraneoplastic antigen Ma2 (PNMA2) forms icosahedral capsids that can be engineered for mRNA delivery”的研究论文，该研究系统地探索了人类 PNMA 蛋白，发现人类细胞分泌了许多 PNMA，并揭示了 PNMA2 可以形成二十面体衣壳，具有被设计成 mRNA 递送载体的潜力。并且 PNMA 家族成员编码类似 gag 样的衣壳结构域，张锋团队的研究为利用这些内源性 gag 样蛋白进行基因转移和 RNA 递送提供了新的思路。这些发现可能为基于 RNA 的疗法和疫苗的开发提供新的解决方案。
揭秘Prime Editor精准基因编辑机制
2024年5月，东京大学Osamu Nureki及博德研究所张锋等团队合作在《Nature》杂志在线发表题为“Structural basis for pegRNA-guided reverse transcription by a prime editor”的研究论文，该研究展示了SpCas9-M-MLV RTΔRNaseH-pegRNA-target DNA复合物在多种状态下的冷冻电镜结构，为理解这一新型基因组编辑系统提供了结构框架。

未来展望

张锋教授的研究不仅在基因编辑技术的发展中扮演了重要角色，也为基因治疗的未来应用提供了巨大的潜力。尽管CRISPR技术已经取得了许多突破，仍有许多挑战需要克服，包括脱靶效应、免疫反应和有效的递送系统等问题。
张锋教授和他的团队正在积极探索这些问题，并开发新的技术来提高基因编辑的安全性和效率。例如，他们正在研究如何使用纳米颗粒和病毒载体来高效递送CRISPR组件，并且开发新的基因编辑工具，如先导编辑（prime editing）和碱基编辑（base editing），这些工具能够提供更高的精确度和更广泛的应用。
结论

作为基因编辑领域的先驱，张锋教授凭借其在CRISPR技术上的开创性工作，已经为现代生物医学研究带来了深远的影响。他不仅在基础科学领域取得了卓越的成就，还推动了基因编辑技术向临床应用的转化。未来，随着技术的不断进步，基因编辑将为治疗各种遗传性疾病和癌症提供新的希望。张锋的工作不仅代表了当前科学研究的前沿，也为未来医学的发展指明了方向。
近两年的新成果也进一步巩固了他在基因编辑领域的领先地位，并展示了CRISPR技术在基因治疗、细胞生物学和癌症治疗等多个领域的广泛应用前景。张锋的持续创新和突破，将继续引领基因编辑技术的发展，为人类健康带来更多福祉。

感恩由您

大概相当于华语歌坛里的冷门歌手孙燕姿吧

继续前进

没听过，不认识