▎药明康德/报道
编者按：据估计，中国大约有200万人需要接受器官移植。然而器官捐赠并非中国的传统文化，许多人都希望死后也能保持肉身的完整。缺乏可移植的器官，也成了横在患者与生命之间的一道天堑。如今，一名来自中国的科学家有望能为这一难题带来转机——出生于四川的杨璐菡博士利用近年来火热的CRISPR-Cas9基因编辑技术，正在尝试改造猪的基因组，使这些动物的器官能用于人体移植。这是一项一度停滞了数十年的艰巨任务。在杨璐菡博士与她的同事们的努力下，人们重新看到了远方的曙光。今年3月，杨璐菡博士由于在异种器官移植领域开创性的工作，被世界经济论坛（World Economic Forum）评选为2017年度“全球青年领袖”。今日，我们将与各位读者一道，了解这名四川走出的80后才女背后的故事。
很多科学家都梦想能改造动物器官，将它们移植到正在焦急等待人体器官捐赠的患者体内。但哪怕是在生物技术与医学蓬勃发展的当下，专家们仍然表示，想要看到经过基因改造的猪器官在人体内安全运作，至少还要等上几十年。
杨璐菡博士选择迎难而上。“在中国，很多人直到去世也没有等到可供移植的器官，”她说道：“这件事性命攸关，所以我要试一试。”
从小城，到北大，再到哈佛
杨璐菡博士出生于四川省的峨眉山市，风景秀丽的家乡让她对自然和生物学产生了浓厚的兴趣。2004年，还是高中生的杨璐菡被选入仅有四人组成的中国国家队，参加了在澳大利亚举办的第十五届国际生物奥林匹克竞赛，后者包括对生物学理论的笔试和对实验室技术的操作测试。杨璐菡是最终获得金牌的16名选手之一。
在奥赛中取得金牌的杨璐菡随后前往北京大学学习。因为在高中的竞赛学习中几乎已经掌握了所有的生物学大学课程内容，杨璐菡在本科时又选择了心理学作为第二专业。四年的心理学学习促使她思考如何更好激励身边的人。现在看来，这段经历实在难能可贵。
大学毕业后，杨璐菡前往美国深造，而她的第一站是哈佛大学。在哈佛大学经历了三个不同实验室的轮转后，她选择了有“合成生物学之父”之称，充满传奇色彩的哈佛大学生物工程学家George Church教授作为导师，研究当时刚兴起的CRISPR-Cas9基因编辑技术。
▲杨璐菡博士的导师是哈佛大学知名科学家George Church教授（图片来源：Evolution News）
在外人看来，杨璐菡博士的求学之旅一帆风顺。很少有人知道，杨璐菡博士在哈佛的科研生涯还有过一段小插曲——母语并非英语的杨璐菡在参加哈佛大学的博士资格考时，差一点儿没有通过。在综合考虑了她的英语能力和科研能力后，委员会决定允许她留在哈佛大学继续攻读博士学位。
杨璐菡很快就用实际工作回报了委员会的信任。攻读博士学位期间，杨璐菡与另一名研究人员Pravant Mali博士一道，共同改造了II型CRISPR系统，使之能一次性地编辑人类和小鼠细胞中的多个基因。这一项突破发表在了2013年的《科学》杂志上，杨璐菡为共同第一作者。
“重新思考我想要成为什么样的人”
在哈佛大学，杨璐菡不但成长为了一名出色的科学家，还看到了不同的价值观。“我认为，我这一代的中国人大都非常乐观和富有进取心，”杨璐菡说：“有时我们都想成功，找到成功的捷径。”但哈佛的教育“让我睁开双眼，重新思考我想要成为什么样的人”。
正巧，在杨璐菡在《科学》上发表了突破性研究后不久，有一些医生找到了Church教授，建议他用CRISPR技术来改造猪的基因组，让它们不会被人体免疫系统排斥，从而能被用于器官移植。这可是个不小的难题。之前，这一领域已经有了数十亿美元的投资，然而进展寥寥无几。
▲杨璐菡博士想要挑战异种移植的难题（图片来源：statnews）
“异种移植可以解决供体器官短缺的问题，但人们往往低估了有多少基因必须被编辑。”杨璐菡博士解释说。这一难题让许多努力付之东流，异种移植的研究因此也被耽搁了近15年。
CRISPR-Cas9基因编辑技术的横空出世改变了这一领域的现状。自2013年以来，数百个实验室都加入CRISPR研究大军，尝试用这新颖的工具编辑基因组。然而，他们大多只改变1到2个基因，最多也只是编辑5个基因，这离解决异种移植需要编辑的基因数还差得很远。
说它差得很远，是由于猪基因组的特殊性。在猪的基因组内，存有大量猪内源性逆转录病毒（PERV）的基因。如果不能敲除这些基因，这些来自猪的器官就有可能引起人类的健康风险。严重时，甚至可能导致癌症和神经元退化。如果想要将猪的器官移植入人体，首先就要解决PERV产生的安全隐患。
科学家们估算了一下，猪基因组内需要移除的相关基因位点有62处，是之前基因编辑极限的12倍。面对这看似不可能的任务，已毕业的杨璐菡博士与她的同事决定迎难而上：“如果我们能让它成真，影响将是巨大的。”
他们做到了。
2015年，杨璐菡博士以第一作者的身份于《科学》杂志上发表论文，宣布利用CRISPR基因编辑技术，他们在实验室培养皿中生长的猪肾细胞中，一次性移除了猪基因组内62处PERV相关基因。移植的安全性问题，在实验室里得到了解决。
值得一提的是，62这个数字至今仍然是一个世界纪录。
“要想得更大”
在哈佛大学的科研生涯中，Church教授可以说是杨璐菡博士的伯乐。他不但将杨璐菡博士带入了CRISPR-Cas9的研究领域，还在潜移默化间让杨璐菡博士有了一名领袖应有的眼界——“Church教授总是鼓励我要想得更大。”杨璐菡博士说。
在Church教授的鼓励下，她参与建立了eGenesis公司，并担任首席科学官。这家位于大波士顿地区的生物技术新锐公司使用CRISPR技术来“设计”能安全移植入人体的动物器官，有望改变器官移植手术的格局，造福全球无器官可用的患者。
▲今年1月，以eGeneisis首席科学官的身份，杨璐菡博士为药明康德员工分享用CRISPR技术改造猪器官的经验与心得
如果说从同时改造5个基因到同时改造62个基因是一次飞跃，那么eGenesis想要取得成功，则还需要另一次飞跃——证明这一技术在实验室外也行之有效。要知道，培养皿中的细胞与实际生长的猪依旧有着天差地别。这里的挑战在于，研究人员需要确保不能在猪的基因组内引入错误的编辑，更要确保海量的基因编辑不会影响“基因改造猪”的生存能力。
这是一个非常现实的问题。在eGenesis的科学家们看来，去除PERV相关基因只是猪基因组改造的开始。为了让这些器官能用于人体移植，他们还需要在猪的基因组内引入不少人类基因，使之免受人体免疫系统的攻击，并减少凝血风险。
但那么多的遗传改造对于小猪来说可能实在是太多了。在先前的一项实验中，一批胚胎全部死亡，另一批则出现了很多流产。
▲杨璐菡博士想要造福全球需要器官移植的患者（图片来源：The Boston Globe）
“这种情况有多普遍？我可以再看一下基因谱吗？我们如何能快速修正操作步骤？”在一次例会上，杨璐菡博士向整个团队连珠炮似地提出了一系列问题，试图找到问题的关键。做事雷厉风行的她喜欢高效办事。就在那一场例会上，科学家们讨论出，一个用于保护其他基因的基因可能是问题所在。“也许我们应该暂停使用它，去寻找其他的保护方案。”杨璐菡博士很快给出了下一步的发展计划。
投资人很是欣赏杨璐菡博士的高效，也看好eGenesis的前景。今年3月，eGenesis获得了由知名风投机构Biomatics Capital与ARCH Venture Partners共同领投的A轮融资，资金总额高达3800万美元。“这的的确确是一项突破！”前盖茨基金会的投资项目负责人， Biomatics Capital的两名掌门人之一Julie Sunderland女士说道。
同日，她入选世界经济论坛（World Economic Forum）评出的2017年度“全球青年领袖”榜单，以表彰她在异种移植领域的开拓性工作。
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在投资人与行业的支持下，杨璐菡博士更为专注地投入到了eGenesis的研发管线开发上。日复一日，科学家们利用CRISPR-Cas9技术移除猪成纤维细胞中的PERV相关基因，并将它们的细胞核与无核猪卵子进行融合。这些经克隆的细胞在合适的条件下开始分裂和增殖，形成猪的胚胎。经过挑选，优质的胚胎将被植入代孕母猪体内。倘若一切顺利，仔猪将于胚胎植入的114天后诞生。
▲eGenesis构建异种移植器官的步骤（图片来源：eGenesis官网）
杨璐菡博士透露，还有几周，两头小猪就要出生了。通过基因型检查，科学家们发现一头小猪完全没有PERV的痕迹。“我们的时代要来临了。”杨璐菡博士说。
未来，杨璐菡博士计划将更多的人类基因插入猪的基因组，让异种移植成为可能。“异种移植需要大规模的基因组改造，但我们目前插入大片段DNA的能力仍然有限，”杨璐菡博士：“但我的工作打开了一扇门，让我不断去推进技术的极限。”
“我是一名中国科学家，”杨璐菡博士说：“如果这能够为中国和全世界解决一项巨大医疗和社会问题，我会感到很荣幸。”
文末致谢：感谢杨璐菡博士拨冗对本文进行修改。
参考资料：
[1] She’s hellbent on solving the organ shortage with ‘designer pigs.’ Just don’t keep her waiting
[2] RNA-Guided Human Genome Engineering via Cas9