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教授创业之八|科学狂人创立人类长寿公司,成功合成“人造细胞”!

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2022/01/27 06:08发布
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一篇文章解读教授创业故事——科学狂人创立人类长寿公司,成功合成“人造细胞”!

J. Craig Venter,发表研究论文280多篇,是基因组研究领域的论文最常被引用的科学家之一。他是众多著名科学组织的成员,在美国国家科学院、美国国家医学科学院、美国艺术与科学学院和美国微生物学会等知名组织都有他的身影。同时,也是J.Craig Venter研究所(JCVI)的创始人、主席和首席执行官,是合成基因组学公司(SGI)和人类长寿公司(HLI)的联合创始人。他还获得过许多荣誉学位、公共荣誉和科学奖,包括2008年美国国家科学奖章、2002年盖德纳基金会国际奖等。

 

今年3月,Craig Venter研究所(JCVI)与美国国家标准与技术研究院(NIST)以及麻省理工学院(MIT)的研究人员合作,成功创造出了一个非常简单的人工合成细胞,该细胞可以正常生长和分裂。

 

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该研究于 2021 年 3 月 29 日发表在顶级期刊《细胞》杂志。

 

 

兵荒马乱中踏上科研之路

 

1946年,Venter出生在美国盐湖城(Salt Lake City)的一个小镇上。随后,他与父母搬到了加利福尼亚州,在那里度过了多彩的童年。他从小非常顽皮,对读书提不起半点兴趣,讨厌学校,厌恶学习,只喜欢玩耍,喜欢冲浪。直到高中,他还是班里的差生,一眼望去成绩单满是C或者D。就这样,在痛苦煎熬中,他读完了高中。

 

1964年,刚满19岁的他,进入橙郡海岸学院学习,却突然被参军的消息吸引,决定加入部队参加越南战争。Venter的父亲是一位已退役的美国海军,建议他应征海军。Venter听取了父亲的建议,于1965年顺利加入美国海军,主要负责医疗救护。此时,Venter才刚刚年满20岁,却已经开始面对生死,面对受伤的战友,并不得不在权衡之下选择放弃重伤员。他每天承受巨大的心理压力,不断做着生死抉择,让年轻的他觉得人生不过如此,决定跳海自杀。但是,在海里挣扎的过程中,他突然觉得还有很多事值得去做,于是决定再次回到学校。

 

1968年,Venter从部队退伍,进入圣马帝奥学院的社区大学,重新开启了学生生涯。之后,他像变了一个人,以全A的成绩考入加州大学圣地亚哥分校学习。1972年,Venter获生物化学本科学位,之后仅仅用了三年时间,他便获得生理学药学博士学位。博士毕业后,Venter顺利进入纽约州立大学布法罗分校与罗斯威尔帕克癌症研究所,担任助理教授,开始尝试利用基于免疫学和组织培养的技术研究哺乳动物受体蛋白。

 

成为教授并不是他学术生涯的终点,仅仅是他人生的开端……

 

 

科研天赋开始崭露头角

 

20世纪50年代,人类已经了解DNA的双螺旋结构,生物科学开始向解码生命迈进。而美国国家卫生院(NIH)是美国最主要的医学研究机构,对捕捉前沿热点具有天生的嗅觉。在时代浪潮下,Venter也决定要做一些更具有挑战性的工作。

 

1984年, Venter选择加入美国国家卫生研究院(NIH),这段经历深深地影响了他日后的发展。1990年,人类基因组计划(HGP)开始实施,NIH在这项计划中举足轻重,承办了计划中大部分的测序工作。当时,NIH主要采用主流且低效的“链终止”测序法,即通过加入链终止核苷酸,将一条DNA上的几千万甚至上亿个碱基对一个一个测出来,进展非常缓慢。这让一心想搞点新东西的Venter忍不住了,他看不下去如此缓慢的计划进展,他想寻找更快的方法。

 

于是,他开发出了全新的测序方法——“鸟枪法”。其思想是将基因组打断为数百万个DNA片段,实行分段同时测序,然后再用一定的算法将片段的序列信息重新整合在一起,像搭积木一样通过接头拼装起来,从而得到整个基因组序列。

 

随后,为了加快测序基因组的进度,Venter向NIH申请了拨款。然而,Venter的同事们却否定了他的想法。他们认为,人的基因有很多重复序列,无法拼接,EST技术似乎适用于一些细菌的简单基因组,但它不够强大和精确,无法绘制出更复杂的人类基因组。于是,他与当时的基因组计划负责人Collins出现了争端。

 

随后,在1992年,Venter离开了NIH,创立了基因组研究所TIGR(现为JCVI的一部分)。Venter想在这家非营利性研究机构延续自己在NIH的研究。对此,学术界有很多批评他的声音,他们认为Venter在利用美国国家卫生研究院期间的工作经历,来谋取私利。这家研究机构饱受争议,但阻挡不了它在基因组研究领域飞速发展。1995年,Venter团队利用他发现的全基因组测序方法“鸟枪法”,解码了第一个自由生物体——流感嗜血杆菌的基因组。

 

1996年,他在发表的《基因组测序的新策略》一文中明确指出,“鸟枪法”在EST和绘制细菌基因组方面取得了重大进展,这表明了这种全新的基因测序方法可应用于人类基因组计划,并宣布该项目最迟可以在 2005 年完成,预计费用为 30 亿美元。

 

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向行业巨擘发起挑战的天才

 

然而,让他没有想到的是,学术界对于“鸟枪法”依然充斥着很多批评的声音,他开始寻求私人资金来开展这项研究。于是,1998年,Venter创立了Celera Genomics公司,正式开始利用“鸟枪法”对人类基因组进行测序。

 

1998年5月,Venter成功获得珀金-埃尔默公司3亿美元的投资,他“狂妄地”跟政府叫板,对媒体宣称:“要在3年内完成人类基因组的序列测定,还会为测出的基因申请专利保护。” 因此,Celera Genomics公司运作理念是——速度,只要可以加快基因组研究进程的一切建议都是好建议。

 

他让300台最先进的PCR仪器和电脑全天候运算。2000年初,Venter研究团队已完成了果蝇的全序列测序工作(从微生物测到了复杂生物)。4月,他们向全世界宣布,已经完成了人类基因组的测序工作。

 

然而,Venter研究团队拒绝将得到的数据与全人类共享,也禁止他人自由发布或无偿使用他们得到的基因数据,他们计划将人类的6500个基因申请专利保护,这给了国际基因组联盟当头一棒。此时,公众对Celera Genomics公司和Venter的批评指责更加猛烈。

 

最终,在舆论压力以及美国总统克林顿撮合下,Celera Genomics公司放弃了人类基因组数据专利申请,并在2000年6月和NIH达成协议。同时,美国总统克林顿和英国首相布莱尔联合发表声明,称人类基因组数据不允许专利保护,必须对所有研究者公开。这才使得人类基因组图谱这一全人类的财富没有变成私有。

 

2001年2月,Venter研究团队将人类基因组工作草图的具体序列信息、测序方法以及序列的分析结果发表在《科学》上。同时,Venter和人类基因组研究所所长(Francis Collins)共同获得了A&E Network颁发的生物年度奖。

 

 

再次开启的创业之路

 

避免让人类基因组数据私有化,对全人类是一件非常受益的事,却让Celera Genomics公司最初想通过收取高额专利授权费用来盈利的梦想破灭了。公司开始陷入危机,创始人Venter被董事会开除了。

 

清闲的日子让Venter倍感不适,他尝试过一种非常物质的生活,比如躲在自己的游艇上出行旅游,购买了一幢价值百万美元的豪宅……但这些都不是他想要的。Venter的兄弟加里形容,此时的Venter站在船甲板上,喝着鸡尾酒,看起来是在过一种安逸的生活,但这情形只能维持一个小时。

 

于是,闲不下来的Venter决定再次开启了自己的创业生涯。2005年6月,他创立 Synthetic Genomics,Inc.(SGI),并担任执行主席兼联席首席科学家,专注于使用合成基因组技术开发产品和解决方案,例如改造微生物以生产清洁能源和化学药品等。

 

2006年10月,Venter建立了非盈利的基因研究机构—— J. Craig Venter Institute (JCVI),研究涉及基因组医学、环境基因组分析、清洁能源、合成生物学、基因组学,及基因组学的社会意义,包括道德、法律和经济等。在JCVI 成立的4年,他们成功创造了世界上首例人工合成的生命结构——“辛西娅”(Synthia)。其基因组不仅包含约901个基因,还有4个被人为写入的“水印”,便于以后的追踪和识别。 

 

随后,Venter不断优化“辛西娅”,经历了只有“辛西娅”一半大小的 Syn 2.0 的迭代之后,终于在2016年3月25日成功建立了Syn3.0。Syn3.0拥有所有生物体(合成)基因组且基因数量最少,有望成为研究人员的宝贵工具。

 

显然,创造生命的做法过于超前,Venter也因此饱受争议和质疑。但对他来说,来自公众的非议并不会妨碍他对基因和生命的探索。对基因痴狂的Venter还希望从基因的角度解释更多问题,这其中还包括疾病。

 

 

永不停歇的创业之梦

 

2013年,Venter在美国加州圣地亚哥创立了 HLI( Inc),旨在利用基因测序分析、临床成像和机器学习等技术提供定制化的个人健康信息。之前,研究人类基因组时期,Venter需要花费1亿美元,耗时9个月才能完成第一次人类基因组测序工作。而HLI只需要2000美金,就能够在15分钟内完成一组人类基因组测序。

 

Venter并不满足于基因测序,他希望可以利用数据分析,进一步探索基因与人体、以及疾病之间的联系。

 

目前,HLI已经可以通过基因组数据,预测长相、身高、发色、体质指数等基本信息,洞悉病变的血管、有缺陷的神经等身体状况。

 

但这些阶段性成就距离Venter的目标还很远,他想为至少百万个基因组测序,通过对这些数据的对比分析,去理解基因与疾病或药物反应之间的关系。通过核磁共振成像(MRI)等技术建立遗传信息与人体之间更加紧密的联系,找到预防和治疗心脏病、癌症等重大疾病的线索,充分利用遗传信息的潜能,实现医学上的突破。

 

 

总 结

 

纵观Venter博士的生涯,可谓是戎马一生,既在真正的战场上参战过,也在科研与商业的战场里驰骋过。经历了血与火的考验,年近三十岁才开始走上科研之路,展露天赋,弯道超车,甚至在知天命的年纪做出举世成就。豪赌失败后,又再展旌旗,勇攀科学与商业的高峰。以下三点或许是他能有如此成就的根源:

 

1. 不服老:Venter博士身体力行地告诉我们一个道理,“种一棵树最好的时候是十年前,其次就是现在”。年近30开始科研道路太晚?并不,只要真心热爱,随时都可以开始。50多岁再次创业太晚?并不,只要还有一腔热血,奋斗总不太晚。

 

2. 坚持不懈:从士兵到科学家的转变如此之大,如若没有大毅力难以完成。而在挑战人类基因计划组失败、被自己创立的公司开除后,他并未一蹶不振,坚持不懈,再次创业,并又一次做出举世瞩目的成果。

 

3. 不惧挑战:即使面对几乎全世界支持的NIH人类基因组计划,Venter丝毫不惧,对着如此庞然大物发起了挑战,而且最终也几乎将其挑落马下。他的勇气与胆识是他成功的基石。

 

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