除了希望之外，CRISPR基因編輯如今正走向實(shí)驗室
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發(fā)布時(shí)間：2017-05-31
CRISPR是一種強大的DNA編輯技術(shù)。因這種強大的基因編輯技術(shù)具有巨大的潛力，它受到科學(xué)界和大眾傳媒的大量關(guān)注。2015年，它被《科學(xué)》期刊評選為當年的年度突破[1]。
CRISPR并不是第一個(gè)被設計來(lái)編輯DNA的分子工具，但是因為它解決了這個(gè)領(lǐng)域的一些長(cháng)期存在的問(wèn)題，它才聞名于世。首先，它是高度特異性的。當經(jīng)過(guò)恰當地設計時(shí)，組成這種CRISPR系統的分子剪刀將僅在你想要它們切割的地方切割靶DNA[2]。其次，它也是相當廉價(jià)的。不同于之前的需要花費幾千美元的基因編輯系統，新手能夠以不到50美元的價(jià)格購買(mǎi)CRISPR工具包[3]。
全世界的研究實(shí)驗室正在努力將關(guān)于CRISPR技術(shù)的大肆宣傳轉化為實(shí)際的成果。作為一家非盈利的科學(xué)試劑提供商，Addgene公司已給80多個(gè)國家的研究人員提供了上萬(wàn)個(gè)CRISPR工具包[4]，而且如今，科學(xué)文獻充滿(mǎn)著(zhù)上千篇CRISPR相關(guān)的論文。
當給科學(xué)家們提供強大的工具時(shí)，他們能夠取得一些非常令人吃驚的結果。
醫學(xué)上的CRISPR革命
基因編輯的最有前景的和最為明顯的應用存在于醫學(xué)領(lǐng)域。隨著(zhù)我們更多地了解多種疾病的分子基礎，僅在過(guò)去幾年，人們就已在實(shí)驗室中在校正遺傳病方面取得驚人的進(jìn)展。
比如，以肌肉萎縮癥為例進(jìn)行說(shuō)明。肌肉萎縮癥是一類(lèi)復雜的破壞性疾病，其特征在于肌肉中的被稱(chēng)作抗肌萎縮蛋白（dystrophin）的分子組分受到降解。對一些類(lèi)型的肌肉萎縮癥而言，這種降解的原因能夠在DNA水平上得到理解。
在2014年，來(lái)自美國德克薩斯大學(xué)的研究人員已證實(shí)他們能夠利用CRISPR在分離的小鼠受精卵中校正與肌肉萎縮癥相關(guān)的基因突變[5]，這些受精卵在被重新植入后，能夠長(cháng)出健康的小鼠。到今年二月份，來(lái)自美國華盛頓大學(xué)的一個(gè)研究團隊發(fā)布了一種基于CRISPR的基因替換療法的結果[6]：這種療法主要修復了杜興氏肌肉萎縮癥對成年小鼠的影響。這些小鼠在接受這種治療4個(gè)月后表現出顯著(zhù)改善的肌肉強度，接近于正常的水平。
利用CRISPR校正致病性的基因突變當然并不是靈丹妙藥。首先，很多疾病與我們的DNA中的堿基并無(wú)關(guān)聯(lián)。即便對由遺傳編碼導致的疾病而言，理解組成人基因組的60億個(gè)DNA堿基并不是一件小的任務(wù)。但是，CRISPR在這種情形下正在再次推動(dòng)科學(xué)發(fā)展[4]；通過(guò)引入或移除新的突變（或者甚至開(kāi)啟或關(guān)閉整個(gè)基因），科學(xué)家們正開(kāi)始前所未有地分析生命的基礎密碼。
除了編輯我們的細胞中的DNA，CRISPR已具有健康方面的應用。來(lái)自美國哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的一個(gè)大型研究團隊剛發(fā)布一個(gè)基于CRISPR的技術(shù)，從而能夠準確地以極低成本地檢測寨卡病毒和登革熱病毒等病原體[7]，據估計，每個(gè)樣本的檢測成本為0.61美元。
利用他們的檢測系統，CRISPR的這些分子組分經(jīng)干燥后被涂抹在試紙條上。體液（血清、尿液或唾液）樣品能夠在現場(chǎng)被加到這些試紙條上，由于他們將CRISPR組分與熒光顆粒偶聯(lián)在一起，樣品中的特定病毒的含量能夠基于可視化讀出值而被定量地給出。比如，發(fā)出明亮的藍色熒光的樣品能夠表明發(fā)生危及生命的登革熱病毒感染。這種技術(shù)也能夠區分細菌物種（用于診斷感染），甚至能夠確定每個(gè)癌癥患者的特異性基因突變（用于個(gè)人化醫療）。
幾乎所有的CRISPR在改進(jìn)人類(lèi)健康方面的進(jìn)展仍然處于早期的實(shí)驗階段。不過(guò)，我們可能不需等待太長(cháng)的時(shí)間來(lái)觀(guān)察這種技術(shù)應用于真實(shí)的活的人體中。生物技術(shù)公司Editas首席執行官已宣布計劃今年晚些時(shí)候給美國食品藥物管理局（FDA）提交關(guān)于一種試驗性新藥的申請文件（在開(kāi)始臨床試驗之前必須開(kāi)展的一個(gè)法律步驟）。該公司想要利用CRISPR校正與遺傳性?xún)和鞯淖顬槌Ｒ?jiàn)原因相關(guān)聯(lián)的基因突變。
CRISPR將很快影響我們吃的東西
醫生們和醫學(xué)研究人員不是唯一的對讓DNA準確地發(fā)生變化感興趣的人。在2013年，農業(yè)生物技術(shù)人員已證實(shí)水稻和其他農作物中的基因能夠利用CRISPR加以修飾[8]，比如沉默與白葉枯病易感性相關(guān)聯(lián)的基因。一年不到之后，另一個(gè)不同的研究團隊已證實(shí)CRISPR也在豬體內成功地使用[9]。在此情形下，研究團隊試圖對與血液凝結相關(guān)的一種基因進(jìn)行修飾，這樣殘留的血液能夠促進(jìn)肉中的細菌生長(cháng)。
迄今為止，還不能在當地的雜貨店中發(fā)現經(jīng)過(guò)CRISPR修飾的食物。與醫學(xué)應用相同的是，在實(shí)驗室中取得的農業(yè)上的基因編輯突破需要時(shí)間才能轉化為商業(yè)上可行的產(chǎn)品，而且這些產(chǎn)品必須經(jīng)測試后是安全的。不過(guò)，再次強調的是，CRISPR正在改變一些事情。
對農作物進(jìn)行基因修飾的常見(jiàn)看法涉及將一種有機體的基因與另一種有機體的基因進(jìn)行交換，比如將魚(yú)的基因放入西紅柿中[10]。盡管這種類(lèi)型的基因修飾（也被稱(chēng)作轉染）實(shí)際上被使用過(guò)[11]，但是存在其他的方法來(lái)改變DNA。CRISPR的優(yōu)勢在于相比于之前的基因編輯技術(shù)，它更容易接受編程，這意味著(zhù)非常特異性的變化能夠僅在幾個(gè)DNA堿基上作出。
這種精準度讓美國賓夕法尼亞州立大學(xué)植物生物學(xué)家Yinong Yang在2015年給美國農業(yè)部（USDA）寫(xiě)一封信，試圖尋求它支持當前的一個(gè)研究項目。他已正在修飾一種可食用的白蘑菇，這樣，它將在貨架上具有更少的棕色。他已發(fā)現這可能能夠通過(guò)降低僅一種基因的表達量而得以實(shí)現。
Yang正在利用CRISPR開(kāi)展這項研究，這是因為他的過(guò)程并不會(huì )引入任何外源DNA到這些蘑菇中，而且他想要知道這一產(chǎn)品是否會(huì )被負責對轉基因生物（GMO）制定法規的美國農業(yè)部動(dòng)植物衛生檢查處（APHIS）認為是“限定物（regulated article）”。
它答復道，“APHIS并沒(méi)有將2015年10月30日寫(xiě)的那封信中描述過(guò)的經(jīng)過(guò)CRISPR/Cas9編輯的白蘑菇視為是受到法規限制的?！?/span>
Yang的蘑菇并不是第一個(gè)免受美國農業(yè)部當前法規限制的轉基因農作物[12]，但是它們是第一個(gè)利用CRISPR進(jìn)行編輯的農作物。CRISPR讓基因編輯領(lǐng)域受到的大量關(guān)注正迫使美國[13]和國外[14]的政策制定者更新它們對轉基因食物的一些看法。
CRISPR的新前沿
這種強大的基因編輯技術(shù)的一種特別爭議的應用是它可能促進(jìn)某些物種滅絕[15]，比如地球上最為致命性的動(dòng)物，即導致瘧疾的岡比亞按蚊。據科學(xué)家們所知，這實(shí)際上是可能的，而且比爾與梅琳達-蓋茨基金會(huì )等一些嚴肅的參與者已給這個(gè)工程投資。
大多數CRISPR應用并不那么充滿(mǎn)倫理爭議。在華盛頓大學(xué)，CRISPR正幫助研究人員理解胚胎干細胞如何成熟[16]，DNA如何能夠在活細胞內進(jìn)行空間上重新組裝，以及為何一些青蛙能夠再生它們的脊髓。
可以肯定地說(shuō)，CRISPR并不僅是宣傳炒作。幾個(gè)世紀前，我們在泥版上寫(xiě)東西，而在這個(gè)世紀，我們將在編寫(xiě)生命。（轉載于生物谷）
