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J. Craig Venter,發表研究論文280多篇,是基因組研究領域的論文最常被引用的科學家之一。他是眾多著名科學組織的成員,在美國國家科學院、美國國家醫學科學院、美國藝術與科學學院和美國微生物學會等知名組織都有他的身影。同時,也是J.Craig Venter研究所(JCVI)的創始人、主席和執行長,是合成基因組學公司(SGI)和人類長壽公司(HLI)的聯合創始人。他還獲得過許多榮譽學位、公共榮譽和科學獎,包括2008年美國國家科學獎章、2002年蓋德納基金會國際獎等。
今年3月,Craig Venter研究所(JCVI)與美國國家標準與技術研究院(NIST)以及麻省理工學院(MIT)的研究人員合作,成功創造出了一個非常簡單的人工合成細胞,該細胞可以正常生長和分裂。
該研究於 2021 年 3 月 29 日發表在頂級期刊《細胞》雜誌。
兵荒馬亂中踏上科研之路
1946年,Venter出生在美國鹽湖城(Salt Lake City)的一個小鎮上。隨後,他與父母搬到了加利福尼亞州,在那裡度過了多彩的童年。他從小非常頑皮,對讀書提不起半點興趣,討厭學校,厭惡學習,只喜歡玩耍,喜歡衝浪。直到高中,他還是班裡的差生,一眼望去成績單滿是C或者D。就這樣,在痛苦煎熬中,他讀完了高中。
1964年,剛滿19歲的他,進入橙郡海岸學院學習,卻突然被參軍的訊息吸引,決定加入部隊參加越南戰爭。Venter的父親是一位已退役的美國海軍,建議他應徵海軍。Venter聽取了父親的建議,於1965年順利加入美國海軍,主要負責醫療救護。此時,Venter才剛剛年滿20歲,卻已經開始面對生死,面對受傷的戰友,並不得不在權衡之下選擇放棄重傷員。他每天承受巨大的心理壓力,不斷做著生死抉擇,讓年輕的他覺得人生不過如此,決定跳海自殺。但是,在海里掙扎的過程中,他突然覺得還有很多事值得去做,於是決定再次回到學校。
1968年,Venter從部隊退伍,進入聖馬帝奧學院的社群大學,重新開啟了學生生涯。之後,他像變了一個人,以全A的成績考入加州大學聖地亞哥分校學習。1972年,Venter獲生物化學本科學位,之後僅僅用了三年時間,他便獲得生理學藥學博士學位。博士畢業後,Venter順利進入紐約州立大學布法羅分校與羅斯威爾帕克癌症研究所,擔任助理教授,開始嘗試利用基於免疫學和組織培養的技術研究哺乳動物受體蛋白。
成為教授並不是他學術生涯的終點,僅僅是他人生的開端……
科研天賦開始嶄露頭角
20世紀50年代,人類已經瞭解DNA的雙螺旋結構,生物科學開始向解碼生命邁進。而美國國家衛生院(NIH)是美國最主要的醫學研究機構,對捕捉前沿熱點具有天生的嗅覺。在時代浪潮下,Venter也決定要做一些更具有挑戰性的工作。
1984年, Venter選擇加入美國國家衛生研究院(NIH),這段經歷深深地影響了他日後的發展。1990年,人類基因組計劃(HGP)開始實施,NIH在這項計劃中舉足輕重,承辦了計劃中大部分的測序工作。當時,NIH主要採用主流且低效的“鏈終止”測序法,即透過加入鏈終止核苷酸,將一條DNA上的幾千萬甚至上億個鹼基對一個一個測出來,進展非常緩慢。這讓一心想搞點新東西的Venter忍不住了,他看不下去如此緩慢的計劃進展,他想尋找更快的方法。
於是,他開發出了全新的測序方法——“鳥槍法”。其思想是將基因組打斷為數百萬個DNA片段,實行分段同時測序,然後再用一定的演算法將片段的序列資訊重新整合在一起,像搭積木一樣透過接頭拼裝起來,從而得到整個基因組序列。
隨後,為了加快測序基因組的進度,Venter向NIH申請了撥款。然而,Venter的同事們卻否定了他的想法。他們認為,人的基因有很多重複序列,無法拼接,EST技術似乎適用於一些細菌的簡單基因組,但它不夠強大和精確,無法繪製出更復雜的人類基因組。於是,他與當時的基因組計劃負責人Collins出現了爭端。
隨後,在1992年,Venter離開了NIH,創立了基因組研究所TIGR(現為JCVI的一部分)。Venter想在這家非營利性研究機構延續自己在NIH的研究。對此,學術界有很多批評他的聲音,他們認為Venter在利用美國國家衛生研究院期間的工作經歷,來謀取私利。這家研究機構飽受爭議,但阻擋不了它在基因組研究領域飛速發展。1995年,Venter團隊利用他發現的全基因組測序方法“鳥槍法”,解碼了第一個自由生物體——流感嗜血桿菌的基因組。
1996年,他在發表的《基因組測序的新策略》一文中明確指出,“鳥槍法”在EST和繪製細菌基因組方面取得了重大進展,這表明了這種全新的基因測序方法可應用於人類基因組計劃,並宣佈該專案最遲可以在 2005 年完成,預計費用為 30 億美元。
向行業巨擘發起挑戰的天才
然而,讓他沒有想到的是,學術界對於“鳥槍法”依然充斥著很多批評的聲音,他開始尋求私人資金來開展這項研究。於是,1998年,Venter創立了Celera Genomics公司,正式開始利用“鳥槍法”對人類基因組進行測序。
1998年5月,Venter成功獲得珀金-埃爾默公司3億美元的投資,他“狂妄地”跟政府叫板,對媒體宣稱:“要在3年內完成人類基因組的序列測定,還會為測出的基因申請專利保護。” 因此,Celera Genomics公司運作理念是——速度,只要可以加快基因組研究程序的一切建議都是好建議。
他讓300臺最先進的PCR儀器和電腦全天候運算。2000年初,Venter研究團隊已完成了果蠅的全序列測序工作(從微生物測到了複雜生物)。4月,他們向全世界宣佈,已經完成了人類基因組的測序工作。
然而,Venter研究團隊拒絕將得到的資料與全人類共享,也禁止他人自由釋出或無償使用他們得到的基因資料,他們計劃將人類的6500個基因申請專利保護,這給了國際基因組聯盟當頭一棒。此時,公眾對Celera Genomics公司和Venter的批評指責更加猛烈。
最終,在輿論壓力以及美國總統克林頓撮合下,Celera Genomics公司放棄了人類基因組資料專利申請,並在2000年6月和NIH達成協議。同時,美國總統克林頓和英國首相布萊爾聯合發表宣告,稱人類基因組資料不允許專利保護,必須對所有研究者公開。這才使得人類基因組圖譜這一全人類的財富沒有變成私有。
2001年2月,Venter研究團隊將人類基因組工作草圖的具體序列資訊、測序方法以及序列的分析結果發表在《科學》上。同時,Venter和人類基因組研究所所長(Francis Collins)共同獲得了A&E Network頒發的生物年度獎。
再次開啟的創業之路
避免讓人類基因組資料私有化,對全人類是一件非常受益的事,卻讓Celera Genomics公司最初想透過收取高額專利授權費用來盈利的夢想破滅了。公司開始陷入危機,創始人Venter被董事會開除了。
清閒的日子讓Venter倍感不適,他嘗試過一種非常物質的生活,比如躲在自己的遊艇上出行旅遊,購買了一幢價值百萬美元的豪宅……但這些都不是他想要的。Venter的兄弟加里形容,此時的Venter站在船甲板上,喝著雞尾酒,看起來是在過一種安逸的生活,但這情形只能維持一個小時。
於是,閒不下來的Venter決定再次開啟了自己的創業生涯。2005年6月,他創立 Synthetic Genomics,Inc.(SGI),並擔任執行主席兼聯席首席科學家,專注於使用合成基因組技術開發產品和解決方案,例如改造微生物以生產清潔能源和化學藥品等。
2006年10月,Venter建立了非盈利的基因研究機構—— J. Craig Venter Institute (JCVI),研究涉及基因組醫學、環境基因組分析、清潔能源、合成生物學、基因組學,及基因組學的社會意義,包括道德、法律和經濟等。在JCVI 成立的4年,他們成功創造了世界上首例人工合成的生命結構——“辛西婭”(Synthia)。其基因組不僅包含約901個基因,還有4個被人為寫入的“水印”,便於以後的追蹤和識別。
隨後,Venter不斷最佳化“辛西婭”,經歷了只有“辛西婭”一半大小的 Syn 2.0 的迭代之後,終於在2016年3月25日成功建立了Syn3.0。Syn3.0擁有所有生物體(合成)基因組且基因數量最少,有望成為研究人員的寶貴工具。
顯然,創造生命的做法過於超前,Venter也因此飽受爭議和質疑。但對他來說,來自公眾的非議並不會妨礙他對基因和生命的探索。對基因痴狂的Venter還希望從基因的角度解釋更多問題,這其中還包括疾病。
永不停歇的創業之夢
2013年,Venter在美國加州聖地亞哥創立了 HLI( Inc),旨在利用基因測序分析、臨床成像和機器學習等技術提供定製化的個人健康資訊。之前,研究人類基因組時期,Venter需要花費1億美元,耗時9個月才能完成第一次人類基因組測序工作。而HLI只需要2000美金,就能夠在15分鐘內完成一組人類基因組測序。
Venter並不滿足於基因測序,他希望可以利用資料分析,進一步探索基因與人體、以及疾病之間的聯絡。
目前,HLI已經可以透過基因組資料,預測長相、身高、髮色、體質指數等基本資訊,洞悉病變的血管、有缺陷的神經等身體狀況。
但這些階段性成就距離Venter的目標還很遠,他想為至少百萬個基因組測序,透過對這些資料的對比分析,去理解基因與疾病或藥物反應之間的關係。透過核磁共振成像(MRI)等技術建立遺傳資訊與人體之間更加緊密的聯絡,找到預防和治療心臟病、癌症等重大疾病的線索,充分利用遺傳資訊的潛能,實現醫學上的突破。
總 結
縱觀Venter博士的生涯,可謂是戎馬一生,既在真正的戰場上參戰過,也在科研與商業的戰場裡馳騁過。經歷了血與火的考驗,年近三十歲才開始走上科研之路,展露天賦,彎道超車,甚至在知天命的年紀做出舉世成就。豪賭失敗後,又再展旌旗,勇攀科學與商業的高峰。以下三點或許是他能有如此成就的根源:
1. 不服老:Venter博士身體力行地告訴我們一個道理,“種一棵樹最好的時候是十年前,其次就是現在”。年近30開始科研道路太晚?並不,只要真心熱愛,隨時都可以開始。50多歲再次創業太晚?並不,只要還有一腔熱血,奮鬥總不太晚。
2. 堅持不懈:從士兵到科學家的轉變如此之大,如若沒有大毅力難以完成。而在挑戰人類基因計劃組失敗、被自己創立的公司開除後,他並未一蹶不振,堅持不懈,再次創業,並又一次做出舉世矚目的成果。
3. 不懼挑戰:即使面對幾乎全世界支援的NIH人類基因組計劃,Venter絲毫不懼,對著如此龐然大物發起了挑戰,而且最終也幾乎將其挑落馬下。他的勇氣與膽識是他成功的基石。
參考資訊來源:
[1] https://www.jcvi.org/about/j-craig-venter#bio
[2] https://www.dw.com/en/craig-venter-20-years-of-decoding-the-human-genome/a-53026899
[3] https://2019.eshg.org/index.php/speakers/speaker-interviews/mendel-lecture/
[4] https://hbr.org/2014/09/j-craig-venter
[5] https://www.wired.co.uk/article/j-craig-venter-interview
[6] https://singularityhub.com/2010/08/19/the-craig-venter-interview-you-
have-to-read-gives-a-new-perspective-on-genetics/
[7] https://embryo.asu.edu/pages/john-craig-venter-1946
[8] https://cs.stanford.edu/people/eroberts/courses/soco/projects/2000-01/computers-and-the-hgp/history.html