crispr/cas系统是继锌指核酸酶和talens技术之后的第三代基因编辑技术，也是目前最为主流的基因编辑系统，因其能够以高精度，快捷、低成本地进行基因编辑，在生物技术和医学领域被认为具有重要意义，2015年《科学》将它评为年度十大突破之首。该技术可应用于开发新药、农产品、转基因生物等，或作为控制病原体和害虫的手段，还有潜力治疗遗传性疾病，以及由体细胞突变引起的疾病（如癌症）。
crispr/cas系统可以说是源于大自然的“基因魔剪”，它是生命进化历史中，微生物用来抵抗病毒等外源遗传物质入侵的一种获得性免疫系统。这与哺乳动物的二次免疫类似，一些细菌在遭受过病毒入侵后，能够将病毒基因组中的一段序列存储到自身基因组中一段被称为“crispr”的序列中，当再次遇到病毒入侵时，细菌能够根据先前存储的片段识别病毒，并剪切病毒基因而使之失效。
crispr意为“成簇规律间隔短回文重复序列”（clustered regularly interspaced short palindromic repeats），是最初在大肠杆菌、古细菌等原核生物中被发现的dna序列家族。在基因组中，该序列往往还伴随着一组同源基因，即cas基因（crispr-associated systems）。cas基因编码的cas蛋白（cas核酸酶）与crispr序列共同发挥作用，因此cas蛋白与crispr序列一起，构成了crispr/cas系统。其中应用最为广泛的是cas9蛋白，即crispr-cas9基因编辑技术。
▲crispr-cas9系统作用机制 图源：cell
jennifer doudna是一名美国生物化学家，2020年她和法国微生物学家emmanuelle charpentier凭借对crispr基因编辑技术的贡献，获得了诺贝尔化学奖。
▲jennifer doudna 图源：marcus hanschen
在doudna职业生涯的早期，她致力于推断rna分子的三维结构，这让她对rna分子的催化活性具有深刻的见解。后来她研究了某些小rna（small rnas）对遗传信息的调控作用，并对crispr产生了兴趣。2011年，在波多黎各的一次科学会议上，doudna遇到了当时在瑞典工作的emmanuelle charpentier，两人“一拍即合”，并就解析cas9蛋白的结构和功能开始了深度合作。2012年，doudna和emmanuelle charpentier共同提出crispr-cas9系统可用于基因组的可编程编辑，这被认为是生物学史上最重要的发现之一。从那时起，doudna一直是“crispr革命”历程中的领军人物。
2000年，jennifer doudna因利用x射线晶体学技术确定核酶的结构而获得alan t. waterman奖；2015年，doudna和charpentier二人因crispr-cas9基因编辑技术获得生命科学突破奖，同年获得格鲁伯遗传学奖，并被《时代》周刊评为2015年全球最具影响力100人。此外，doudna还是台湾的唐奖（2016）、加拿大盖尔德纳国际奖（2016）、和日本奖（2017）的共同获得者。美国历史学家兼记者walter isaacson为jennifer doudna撰写了一本传记：the code breaker: jennifer doudna, gene editing, and the future of thehuman race，该书于2021年出版。
jennifer doudna不仅是著名科学家，也是一名连续创业者。她与合作者联合创立了多家生物技术公司以将crispr基因编辑技术商业化。
caribou biosciences由doudna等人创立于2011年，是一家处于临床阶段的生物制药公司，该公司致力于利用crispr-cas9系统，为多种癌症开发基因组编辑同种异体细胞疗法，如car-t和car-nk细胞疗法。
2013年9月，jennifer doudna曾与华人科学家张锋等人共同创立了editas medicine，这是一家利用crispr基因编辑技术开发罕见病疗法的公司，但由于二人的专利纠纷，2014年6月jennifer doudna离开了editas medicine。在这之后，emmanuelle charpentier曾邀请doudna加入其联合创办的crispr therapeutics，该公司基于crispr-cas9技术开发基因编辑治疗药物。不过在editas经历了类似“离婚”的体验后，jennifer doudna拒绝了charpentier的邀请。
2014年，caribou biosciences与风险投资公司atlas venture联合成立了一家新的基因编辑公司intellia therapeutics，该公司获得了caribou biosciences的专利许可，正在使用模块化基因组编辑平台，为遗传病开发基于crispr-cas9的药物，并开发新的工程化细胞疗法用于癌症和自身免疫性疾病，doudna为联合创始人之一。
scribe therapeutics由jennifer doudna联合创立于2018年，是一家分子工程公司，通过开发新型crispr技术平台和递送技术，克服当前基因组编辑技术的局限性，为那些具有严重未满足医疗需求的疾病开发突破性疗法。该公司的新型核酸酶casx更加紧凑，且可成功应用于基因编辑。
2017年6月，jennifer doudna联合创立了mammoth biosciences，与前述几家公司不同的是，mammoth创办之初致力于将crispr技术应用于疾病诊断，据了解，该公司开发了全球首个基于crispr的检测平台，期望通过按需诊断普及疾病检测。现在mammoth还将crispr用于治疗用基因组编辑技术的开发，并开发新型cas蛋白，帮助开发永久性基因治愈疗法。mammoth可以为生命科学研究、医疗保健、农业、生物防御等提供增强的诊断和基因组编辑技术。
mammoth的联合创始人还包括trevor martin、janice chen和lucas harrington。这三位虽然年轻，在创办该公司时都还不到30岁，但均是行业资深的研究者。他们曾一同入选2018年福布斯医疗健康“30under 30”榜单，也是2020年business insider评选的全球30名40岁以下生物医药行业青年领军人物。
ceo trevor martin在斯坦福大学获得计算生物学博士学位时就对诊断学产生了兴趣，他最初与jennifer doudna通过邮件建立了联系，表明有意基于doudna团队开发的detectr技术共同创办一家公司，mammoth biosciences由此诞生；
cto janice chen是doudna的学生，她正是detectr技术的开发者之一（她还是2022年北京冬奥会花样滑冰男单冠军陈巍的姐姐）；
cso lucas harrington也是doudna的学生，是crispr-cas14系统的发现者之一。
detectr技术：detectr技术基于crispr-cas12a系统，doudna团队发现crispr-cas12a系统在剪切靶向的双链dna的同时，cas12的dna酶活性会被激活，而该酶能非特异性切割单链dna（ssdna）。这为细胞内检测是否含有特定dna序列提供了一个全新的思路：同时向细胞内递送靶向该dna的crispr-cas12a系统和非特异性ssdna荧光报告基因（fq-labeled reporter），一旦检测到目标dna，crispr-cas12a系统将被激活，同时荧光报告基因也会被降解，从而释放出荧光信号。基于此发现，该团队开发了一种可用于诊断病毒感染的新型诊断工具，并通过与等温核酸扩增技术的联用提高了灵敏度，最终命名为“detectr”（dna endonuclease targeted crispr trans reporter）。
crispr-cas14系统：doudna团队发现的cas14序列家族编码的cas14蛋白大小仅为40-70kda，cas14能够结合并剪切单链dna上的目标序列，与cas9不同，cas14不需要依赖pam序列，除了这种顺式切割，cas14还能够不加选择地反式切割单链dna，类似于cas13和cas12。他们还发现cas14在识别单链dna方面比cas13或cas12更具特异性。
根据官方信息，目前mammoth的工作分为4个方面：基于crispr的sars-cov-2检测米乐体育官方的解决方案、基于crispr的分子诊断平台、基于crispr的精准基因编辑疗法开发、探索新的crispr-cas系统。
sars-cov-2检测米乐体育官方的解决方案：
mammoth最新开发的detectr boost®平台是一个基于crispr的一站式分子诊断系统，可实现高通量、从样本到结果的一站式检测，其性能与pcr等效，并可大幅缩短操作时间。2022年1月，其detectr boost® sars-cov-2试剂盒获美国fda授予的紧急使用授权（eua），目前已授权与安捷伦bravo benchcel db自动化液体处理平台结合，用于检测疑似covid-19个体的鼻咽或口咽拭子样本中的sars-cov-2rna，这是首个将crispr技术与实验室自动化sars-cov-2检测相结合的高通量米乐体育官方的解决方案。利用该诊断系统可在每8小时轮班内完成1500次检测，且只需要一小时的人工操作。
值得一提的是，在需求激增、耗材短缺的背景下，mammoth团队努力将试剂盒设计得精简高效，并与默克公司进一步优化产品配方，该试剂盒已签约由默克负责制造。
不过在诊断领域，jennifer doudna和张锋又一次“狭路相逢”，张锋团队曾利用crispr-cas13系统开发了名为“sherlock”的病毒检测系统，并于2019年联合创立了sherlock biosciences，其sherlock™ crispr sars-cov-2试剂盒也已获得美国fda的紧急使用授权，这是fda首次批准基于crispr基因编辑技术的新冠病毒检测产品，也是首次授权使用crispr技术进行传染病检测。cas13系统是由张锋和eugene koonin使用计算生物学方法发现的，后由jennifer doudna在加州大学伯克利分校的团队进一步表征。
分子诊断平台：
mammoth的分子诊断平台也是基于detectr®技术，可应用于单核苷酸多态性（snp）检测、细菌感染检测、癌症筛查和分析、抗生素耐药性检测、病毒感染检测。该技术可搜索样本中是否存在指定疾病的特定核酸，提供可操作的临床信息。该检测系统利用经编程的crispr核酸酶捕获到特定的基因序列，找到目标序列后，核酸酶的剪切能力会被激活，从而产生信号，出现该信号意味着已检测出目标序列。
mammoth在创立之时，其目标就是创建一种即时诊断工具，可以检测多种疾病，可供医院和家中使用，并且具有可支付性。现在该公司的detectr®平台可以通过扩展检测项目集成到不同的产品中，简单、快速、可编程。
精准基因编辑疗法开发：
mammoth正在利用其蛋白质发现平台中的新型crispr-cas酶来实现精准的基因编辑以治疗疾病。该公司的超小型cas14和casφ核酸酶家族克服了cas9对病毒和非病毒递送方法的限制，并改变了对pam序列的要求，有望成为治疗用基因编辑系统的候选者。潜在治疗领域有免疫肿瘤学、自身免疫性疾病、肝靶向疾病、血液病、眼科、神经病学、神经肌肉疾病、心血管疾病等。
下图左比较了cas14a和casφ-2核酸酶和较常用的cas9和cas12核酸酶结构域（ruvc和hnh），蛋白质长度按比例绘制；下图右比较了cas14a-c和casφ系统和cas12a-e和cas9系统的长度分布：
发现新crispr-cas系统：
mammoth正在利用其专有的蛋白质发现平台来识别新的cas蛋白以应对当前crispr-cas系统面临的挑战，扩大crispr-cas技术应用范围。该公司的蛋白质发现平台包含独家宏基因组数据库和机器学习算法，以搜寻新的crispr-cas系统。新的crispr-cas系统可以有效避免专利纠纷
该发现过程分为4个步骤：
从环境样本中获取微生物dna进行测序；
将“宏基因组”序列在数据库中进行编译；
利用算法在数据库中检索识别crispr系统的序列；
在实验室对crispr系统进行合成和检测。
新发现的cas蛋白创建了一个多样化的工具包，实现新的应用。目前，mammoth已经识别出了新的cas蛋白家族，包括cas12、cas13，以及超小型的cas14、casφ。这些cas蛋白具有更好的热稳定性、更快的反应动力学、可替代的pam序列，提供了更灵活的靶向性，且蛋白质尺寸更小，从而开辟了新的细胞递送选择。该公司可以利用这些特性进行更快、更灵敏的分子诊断检测，并为细胞和基因治疗提供有效的dna嵌入片段。
融资与合作：
药融圈旗下药融云数据www.pharnexcloud.com显示，截至目前，mammoth biosciences累计已完成6轮融资。最近一轮融资是在2021年9月，mammoth获得了1.95亿美元的新融资（），该轮融资包括由redmile group领投的1.5亿美元d轮融资，以及2020年末由redmile group和foresite capital领投的4500万美元c轮融资。融资完成之后，mammoth估值超过10亿美元，正式跻身“独角兽”行列。
▲药融云数据库
下图为mammoth biosciences主要投资方：
在治疗领域：2022年1月，拜耳与mammoth biosciences官宣合作，旨在利用mammoth的crispr系统共同开发体内基因编辑疗法。根据协议条款，mammoth公司将获得4000万美元的首付款，并有资格获得目标期权行权费用以及超过10亿美元的未来潜在里程碑付款。协议涉及5个预先选择的适应症，其中首先关注肝脏靶向疾病。此外，拜耳将支付研究经费以及分层特许权使用费，最高可达净销售额的两位数百分比。两家公司还正在非排他性基础上探索体外项目相关工作；
2021年10月，vertex pharmaceuticals和mammoth biosciences宣布达成一项新合作，旨在利用mammoth的超小型crispr系统共同开发治疗两种遗传疾病的体内基因编辑疗法。根据协议条款，mammoth将获得4100万美元的预付款，并可能获得高达6.5亿美元的里程碑付款，以及产品净销售额的分级特许权使用费；
mammoth biosciences还分别在2019年12月和2020年1月与horizon discovery达成合作，将mammoth在crispr方面的知识产权与horizon在中国仓鼠卵巢细胞（cho细胞）方面的专业知识相结合。根据协议，双方将共同识别并优化新型cas蛋白，以开发新一代基因工程cho细胞，用于生产治疗性抗体等生物药。
在诊断领域：2021年1月，安捷伦科技与mammoth biosciences宣布达成一项联合营销协议，以支持推出的基于crispr的完整sars-cov-2诊断米乐体育官方的解决方案。该米乐体育官方的解决方案包括安捷伦的bravo自动化工作站和mammoth biosciences的detectr boost®检测平台；
2020年10月，mammoth biosciences宣布与默克旗下millipore sigma达成协议，将mammoth的detectr boost®sars-cov-2试剂盒由millipore sigma代工生产。同时mammoth还与hamilton公司达成合作，将基于crispr的高通量sars cov-2检测进行商业化；
2020年7月，mammoth biosciences获得美国国立卫生研究院（nih）的加速诊断radx项目支持，帮助扩展其高通量crispr sars-cov-2诊断平台，以解决检测能力短缺问题。mammoth的平台是该计划资助的第一个基于crispr技术的项目；
2020年5月，mammoth biosciences与gsk consumer healthcare建立合作，使用基于crispr的detectr平台开发covid-19检测产品。
参考：
nmpa/cde；
药融云数据：www.pharnexcloud.com；
fda/ema/pmda；
相关公司公开披露；
the heroesof crispr,doi:https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.12.041；
jinek m,chylinski k, fonfara i, hauer m, doudna ja, charpentier e. aprogrammable dual-rna-guided dna endonuclease in adaptive bacterialimmunity. science. 2012;337(6096):816-821.doi:10.1126/science.1225829；
crackingthe code: jennifer doudna and her amazing molecular scissors,https://alumni.berkeley.edu/california-magazine/winter-2014-gender-assumptions/cracking-code-jennifer-doudna-and-her-amazing；
marino m.biography of jennifer a. doudna. proc natl acad sci u s a.2004;101(49):16987-16989. doi:10.1073/pnas.0408147101；
https://mammoth.bio/；
forbeschina；等等
本文摘自---有机化学网