文|動脈橙果局

George Church教授或許是哈佛大學商業化最成功的科學家之一。他是人類遺傳學和生物技術領域的權威科學家，他以在基因組測序、基因編輯、合成生物學，以及神經科學的科研貢獻而享譽全球。

同時，他也是個人基因組學和合成生物學的開創者。他對產業的貢獻包含了人類基因組學、綠色化學和清潔能源等。

他在1984年參與啟動了20世紀人類最偉大的幾乎之一“人類基因組計劃”，并于1986年加入哈佛醫學院，他現在是哈佛醫學院遺傳學教授，也是哈佛大學懷斯生物靈感工程研究所的創始成員。

在40余年的研究生涯中，Church成為了基因組工程、再生醫學、合成生物學等領域金字塔頂端的科學家，開創了復用分子等概念，并在新技術轉移轉化上有著卓越成就。

他在生命科學領域累積發表了超過400篇學術論文，并擁有95項專利，諸多突破性創新也成為了Editas Medicine（基因治療）、 Gen9bio（合成DNA）等知名生物技術新銳的基礎。這些公司正在將這些創新技術應用于醫學診斷、創新療法以及合成生物學中。

01 被退學的天才

1954年8月，這位偉大的遺傳學先驅出生于佛羅里達州的麥克迪爾空軍基地。他上過公立學校，也上過天主教學校，但他認為這兩個系統的教育資源都比較貧乏。

不滿足學校課程的Church閱讀了大量書籍，他尤其喜歡科學類。10歲左右，Church就自己建造了一臺模擬計算機。

他的繼父是一名醫生，受他的影響，Church也對生化科學有著濃厚興趣。繼父的醫藥包里有各類藥物，幼時的Church對此充滿好奇。

他找來一些蝌蚪分成兩組，將藥片碾碎加入其中一組的水里，觀察對比兩組蝌蚪的生長情況。最終，他發現激素能夠在一定程度上加速蝌蚪的生長，并把結果展示在生物課上。

高中時，Church第一次離開佛羅里達州，他被送到了馬薩諸塞州安多弗的菲利普斯學院讀書。

Church在宿舍里養了一堆食肉植物，并想通過澆灌赤霉素把它們變成龐然大物；他用達特茅斯學院的共享電腦自學計算機知識；還在完成化學課程后被允許獨立進入化學實驗室，繼續對化合物進行探索。

這段經歷對他的大學生涯有著持續影響，在1972年進入杜克大學后，Church選修了許多研究生和獨立學習的課程，并在2年內完成，順便還參加了麻省理工學院的量子物理學暑假課程。

1973年，Church進入Sung-Hou Kim的晶體學實驗室，在這里，他“終于找到了計算機與生物學的交集”。出于對物理、數學、生物學、化學和計算機等科學強烈的好奇心，他在杜克大學的第二年和最后一年都泡在那兒。

Church曾這樣回憶這段時光：“Kim幾乎把我以同輩相待，他能夠注意到我身上的閃光點，這些是別人沒有發現的。”

對科研的執著讓Church決定繼續讀研究生，由于覺得自己還年輕也不成熟，他認為自己應該繼續呆在同一個學校，申請了杜克大學的微生物博士。

這期間，他依舊呆在Kim的實驗室，并很快發表了五篇文章。一年后，Church改讀生化博士。但不久之后，他卻遭遇了人生的第一個低谷——Church被學校退學了。

退學的原因是由于沒有去上課，Church生化和微生物兩門課掛了科。但Church認為這些課程都已經學過了，沒有必要再去重復一遍。導師Kim曾試圖說服學校讓Church留下，但終究無果。

多年后，《國家地理》高級編輯彼得·米勒在系列節目《創新者》中這樣評價：“作為杜克大學的一名研究生……他用x射線結晶學研究了“轉移”RNA的三維結構，該RNA對DNA進行解碼，并將指令傳遞到細胞的其他部分。這是一項開創性的研究，但Church每周在實驗室花費的時間高達100小時，以至于他（1975年秋天）忽略了其他課程。”。

“我喜歡做研究，但不喜歡上課，因為我本科的時候已經學過了，”談及這段經歷，Church曾多次這樣回憶。

02 一場測序技術的革命

好在Kim并沒有放棄他，他讓Church繼續呆在實驗室做技術員。在Church意志消沉，打算就這樣過一輩子時，也是Church鼓勵他：“我不認為你會止步于技術員，你有很多想法，理應在去申請研究生”。

但Church對這些話半信半疑，他覺得一個被杜克大學退學的人怎么再去申請研究生。于是他糊弄的只填了哈佛大學分子生物學博士的申請書，沒有抱太大希望的等待著。即使在多年后，Church依然對自己能夠進入哈佛大學的博士課程感到驚訝。

在進入哈佛大學讀博前的那個夏天，Church呆在波士頓看分子生物學論文和計劃實驗。那時他就已經在構思改良DNA測序技術，并決定要加入了諾貝爾獎得主Walter Gilbert的實驗室。

博士期間，Church研究了聚合酶測序法，并開發了一些最早的測序儀，掀起了下一代測序的革命。

往后的幾十年，Church一直在哈佛大學任教、科研。他的研究成果為基因組測序和基因編輯奠定了發展基礎，并基于這些基礎研究開創了基因測序、合成生物學及腦科學等大熱領域的顯赫。在這里，他開啟了屬于自己的生命科學時代。

1985年，生命科學領域發起了一項宏偉的計劃——“人類基因組計劃”。這是一項跨國跨學科的科學探索工程，其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。Church是這一計劃的發起人之一。

此外，Church還和Walter Gilbert共同發明了直接基因組測序發，奠定了二代測序技術發展的基石。這些技術在2005年開始影響規模化測序。

不僅如此，Church也是納米孔測序技術的發明人之一，他目前在Illumina、Danaher Corporation、羅氏診斷、太平洋生物科學等幾乎所有的大型測序公司擔任顧問。毫不夸張的說，他是下一代測序的重要奠基人。

第二代測序儀誕生使得測序成本下降形成“超摩爾定律”之勢，Church便開始推動個人基因組的普及。

他在2005年啟動了個人基因組計劃（PGP)希望能從全球招募10萬個體，通過對基因數據的共享，來回答一個問題——人類為什么會罹患各類疾病，或者不會得某些疾病。

達成這一目標的關鍵是數據的整合與共享。目前參與該計劃的國家包括美國、加拿大、英國、奧地利，以及中國。據了解，該計劃是目前全球唯一開放人類基因組和特征數據集。

他分別在2014年和2018年參與創立了Veritas Genetics和Nebula Genomics，旨在通過測序技術、區塊鏈等技術讓更多人從基因組數據中受益。

2004年開始，Church和團隊開始致力于DNA合成與組裝的研究，并開發了用于組合文庫和大型基因組片段的DNA陣列（又名DNA芯片）組裝的合成器。

基于在人類基因組計劃、測序技術，以及DNA合成與組裝領域的卓越貢獻，他在2012年當選美國國家工程院院士。

03 第三代基因編輯重要奠基人，引領合成生物學時代

Church還是“基因工程”的開創者之一。

他在1997年開始研究普通同源重組或序列特異性核酸酶技術，并在Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier發現的CRISPR/Cas9技術上進行優化，開發了多重自動基因組工程技術（MAGE）。

區別于一次僅改造一個基因的技術，MAGE可對細胞染色體上的多個基因或位點進行修飾，方式也是多樣的，可以是插入、錯配或缺失。基于這一技術，Church和團隊進行了多項應用研究，為后續合成生物學、細胞治療、異種移植等領域的發展奠定了基礎。

2013年，他的團隊首次實現了大腸桿菌基因組的重新編碼，他們進一步改造了E. coli菌株，使得E. coli菌株能夠產生一種本身不能合成、且自然界中不存在的氨基酸。

幾十年里，科學家們為了在蛋白質中加入非天然氨基酸進行了各種嘗試，基因密碼子拓展技術就是其中一種探索，通過定點插入非天然氨基酸，可以拓展藥物設計空間，可以突破傳統大分子藥物研發的現有模式，是一種極具潛力的革命性技術。

2017年，基于在合成生物學和基因編輯領域的研究，Church實驗室孵化出了一家叫做GRObio的初創公司。該公司重新編碼了大腸桿菌的基因組，使這些細菌能夠通過使用非天然氨基酸產生蛋白質，目前已獲得3120 萬美元的投資。

iPS重編程在構建疾病模型和新藥開發中有著很高的應用價值，成為近幾年的研究熱點。Church是人類誘導多能干細胞（hiPS）研究領域最領先的研究人員之一。

他在2014年領導團隊在人iPS細胞中進行了CRISPR基因編輯研究，通過將全基因組測序和靶向深度測序結合起來，評估了Cas9編輯iPS細胞時的脫靶效應，還鑒定了一個影響Cas9特異性的單核苷酸變異（SNV）。

除了基于人的研究外，Church還利用基因編輯技術在動物研究中進行了更多前沿而大膽的嘗試。2015年，Church通過CRISPR 基因編輯成功將長毛象基因片段復制到一頭亞洲象的基因組中。

科學家們通過冷凍猛犸象標本獲得其基因片段（包括耳朵、皮下脂肪和毛發屬性等信息），在將這些片段拼接到亞洲象皮膚細胞的DNA中。這一實驗標準著猛犸象自滅絕以來，其基因首次在功能層面上活躍。

但Church表示，“僅僅改變DNA并沒有什么意義。我們想讀出表型。”

為了做到這一點，該團隊計劃進行進一步的研究，嘗試將雜交大象/猛犸象的皮膚細胞變成可以在人工子宮中生長的雜交胚胎。2021年9月13日，Church成立了Colossal，該公司試圖利用遺傳密碼來恢復毛猛犸象。

不過，猛犸象遺骸已歷經萬年，細胞核早已受損。所以嚴格意義上說，所謂的 “復活”，只能是 “產生新的個體，其基因中含有猛犸象的某些性狀”。目前， Colossal已宣布獲得了1500萬美元種子輪融資。

他還參與了多重DNA用途的發現工作，包括弱相互作用大質量粒子（WIMP）暗物質探測器、抗癌“納米機器人”，以及密度超過傳統磁盤驅動器100萬倍ID數字數據存儲策略。通過聚合酶的的作用，DNA可以用來感知和存儲光子、核苷酸或離子的變化。

04 “腦科學”計劃的誕生

Church還是腦科學計劃的提出者之一。

在2011年9月英國的一次贊助會上，Church和卡夫利基金會的哥倫比亞大學科學家Rafael Yuste提倡：通過廣泛、協調一致的努力來開發一項新技術，用于追蹤人類大腦的功能連接活動，最終可以達到測量每一個神經元活動的水平。

盡管一些與會者持懷疑態度，但該倡議最終還是形成了一本白皮書，由卡夫利基金會科學家項目副主席Miyoung Chun主導推廣活動。同年12月，他們在NIH、DARPA和白宮科技政策辦公室（OSTP）舉行了一系列會議。

2012年，這個六人團隊在《神經元》雜志發表了關于項目的研究目的和細節，并說明項目將逐步從繪制果蠅等簡單模型生物的大腦活動圖譜發展到制作如小臭鼩等擁有月100萬個神經元的生物大腦圖譜。

他們強調，人類大腦活動圖譜是這一項目的最終目標，但這并非近期目標。

這一年7月，根據OSTP提出要像人類基因組計劃那樣在科學和科技領域具有重大挑戰性的要求，Church以及其他文章的合著者，以及聯邦機關的官員（尤其是OSTP政策司副司長Tom Kali)多次對話后，對此前提議進行了修改，將項目更多關注點放在對于人類的適用性上。OSTP和NIH的參與使得該課題向著更具有社會意義的方向轉變。

2013年，奧巴馬宣布啟動名為“通過推動創新型神經技術開展大腦研究”計劃，這一計劃源于六人團隊上一年提出的“大腦活動地圖（Brain Activity Map）”。

該項目從最初提議開發一種研究大腦功能的技術，到后來轉移到研究動物模型的腦部活動突破，再到提議該計劃更應該關注人類腦部，到最終奧巴馬宣布計劃成立，計劃的目標不斷調整，最終研究目標確定為不僅致力于腦功能的研究，也致力于神經技術和工具的研發。

05 參與22家科技公司的創立

作為科學家，Church無疑成功且卓越的，他是下一代測序技術以及CRISPR技術的奠基人，并且基于這些研究工具，開創了個人基因組、合成生物學、腦科學等多個時代。

同樣，Church也是一名成功的創業者。

在Biogen的經歷激發了他對成果轉化的興趣，在他沉醉于科研工作時，也申請了大量專利，與他的學生進行了大量成果轉化工作。

據不完全統計，Church一共參與了22家公司的創立，這些公司涉及基因組學、癌癥治療、微生物與病原體、基因工程、綠色化學、區塊鏈、合成生物學等多個領域。他還為幾乎市面上所有的主流下一代測序公司提供咨詢服務。

Church參與創立的部分公司

在外界看來，成果轉化或許會花掉他大部分時間，但Church本人在一次采訪中強調事實并非如此，他更愿意把未來交給年輕人。

Church的大部分公司都是其與學生共同創立，他本人通常只作為聯合創始人或科學顧問。

無論是實驗室還是公司，Church通常都是提供大方向上的指導意見，但并不參與日常運作。在他看來，看到年輕人用實際行動去改變這個世界，是一件值得欣慰的事情。

他的科研精神也影響著他的學生們。

在Church實驗室里，沒有所謂的等級制度，所有人都是平等的科學家。他們來自五湖四海，有著不同的文化和背景，但有著同樣的對科學的敬畏與好奇心。

這些青年科學家們會因為有著共同的研究興趣而自發的組成研究小組，他們為生物醫藥、醫療器械、能源、環保等多個領域的發展帶來了推動力與生命力。

在Church看來，下一代能產生深遠影響的將會基因測序、基因編輯、合成生物學等具有變革力量的前沿科學，這些研究通常會具有一定程度的社會影響力。

而利用這些技術，做能夠造福社會、改變世界的研究是他多項研究的出發點。這樣的理念也通過他、他的實驗室、他的學生在傳承，從基礎研究到產業應用，基因測序到基因編輯到腦科學，新一代的力量正在啟航。