除了希望之外，CRISPR基因编辑如今正走向实验室
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发布时间：2017-05-31
CRISPR是一种强大的DNA编辑技术。因这种强大的基因编辑技术具有巨大的潜力，它受到科学界和大众传媒的大量关注。2015年，它被《科学》期刊评选为当年的年度突破[1]。
CRISPR并不是第一个被设计来编辑DNA的分子工具，但是因为它解决了这个领域的一些长期存在的问题，它才闻名于世。首先，它是高度特异性的。当经过恰当地设计时，组成这种CRISPR系统的分子剪刀将仅在你想要它们切割的地方切割靶DNA[2]。其次，它也是相当廉价的。不同于之前的需要花费几千美元的基因编辑系统，新手能够以不到50美元的价格购买CRISPR工具包[3]。
全世界的研究实验室正在努力将关于CRISPR技术的大肆宣传转化为实际的成果。作为一家非盈利的科学试剂提供商，Addgene公司已给80多个国家的研究人员提供了上万个CRISPR工具包[4]，而且如今，科学文献充满着上千篇CRISPR相关的论文。
当给科学家们提供强大的工具时，他们能够取得一些非常令人吃惊的结果。
医学上的CRISPR革命
基因编辑的最有前景的和最为明显的应用存在于医学领域。随着我们更多地了解多种疾病的分子基础，仅在过去几年，人们就已在实验室中在校正遗传病方面取得惊人的进展。
比如，以肌肉萎缩症为例进行说明。肌肉萎缩症是一类复杂的破坏性疾病，其特征在于肌肉中的被称作抗肌萎缩蛋白（dystrophin）的分子组分受到降解。对一些类型的肌肉萎缩症而言，这种降解的原因能够在DNA水平上得到理解。
在2014年，来自美国德克萨斯大学的研究人员已证实他们能够利用CRISPR在分离的小鼠受精卵中校正与肌肉萎缩症相关的基因突变[5]，这些受精卵在被重新植入后，能够长出健康的小鼠。到今年二月份，来自美国华盛顿大学的一个研究团队发布了一种基于CRISPR的基因替换疗法的结果[6]：这种疗法主要修复了杜兴氏肌肉萎缩症对成年小鼠的影响。这些小鼠在接受这种治疗4个月后表现出显著改善的肌肉强度，接近于正常的水平。
利用CRISPR校正致病性的基因突变当然并不是灵丹妙药。首先，很多疾病与我们的DNA中的碱基并无关联。即便对由遗传编码导致的疾病而言，理解组成人基因组的60亿个DNA碱基并不是一件小的任务。但是，CRISPR在这种情形下正在再次推动科学发展[4]；通过引入或移除新的突变（或者甚至开启或关闭整个基因），科学家们正开始前所未有地分析生命的基础密码。
除了编辑我们的细胞中的DNA，CRISPR已具有健康方面的应用。来自美国哈佛大学和麻省理工学院的一个大型研究团队刚发布一个基于CRISPR的技术，从而能够准确地以极低成本地检测寨卡病毒和登革热病毒等病原体[7]，据估计，每个样本的检测成本为0.61美元。
利用他们的检测系统，CRISPR的这些分子组分经干燥后被涂抹在试纸条上。体液（血清、尿液或唾液）样品能够在现场被加到这些试纸条上，由于他们将CRISPR组分与荧光颗粒偶联在一起，样品中的特定病毒的含量能够基于可视化读出值而被定量地给出。比如，发出明亮的蓝色荧光的样品能够表明发生危及生命的登革热病毒感染。这种技术也能够区分细菌物种（用于诊断感染），甚至能够确定每个癌症患者的特异性基因突变（用于个人化医疗）。
几乎所有的CRISPR在改进人类健康方面的进展仍然处于早期的实验阶段。不过，我们可能不需等待太长的时间来观察这种技术应用于真实的活的人体中。生物技术公司Editas首席执行官已宣布计划今年晚些时候给美国食品药物管理局（FDA）提交关于一种试验性新药的申请文件（在开始临床试验之前必须开展的一个法律步骤）。该公司想要利用CRISPR校正与遗传性儿童失明的最为常见原因相关联的基因突变。
CRISPR将很快影响我们吃的东西
医生们和医学研究人员不是唯一的对让DNA准确地发生变化感兴趣的人。在2013年，农业生物技术人员已证实水稻和其他农作物中的基因能够利用CRISPR加以修饰[8]，比如沉默与白叶枯病易感性相关联的基因。一年不到之后，另一个不同的研究团队已证实CRISPR也在猪体内成功地使用[9]。在此情形下，研究团队试图对与血液凝结相关的一种基因进行修饰，这样残留的血液能够促进肉中的细菌生长。
迄今为止，还不能在当地的杂货店中发现经过CRISPR修饰的食物。与医学应用相同的是，在实验室中取得的农业上的基因编辑突破需要时间才能转化为商业上可行的产品，而且这些产品必须经测试后是安全的。不过，再次强调的是，CRISPR正在改变一些事情。
对农作物进行基因修饰的常见看法涉及将一种有机体的基因与另一种有机体的基因进行交换，比如将鱼的基因放入西红柿中[10]。尽管这种类型的基因修饰（也被称作转染）实际上被使用过[11]，但是存在其他的方法来改变DNA。CRISPR的优势在于相比于之前的基因编辑技术，它更容易接受编程，这意味着非常特异性的变化能够仅在几个DNA碱基上作出。
这种精准度让美国宾夕法尼亚州立大学植物生物学家Yinong Yang在2015年给美国农业部（USDA）写一封信，试图寻求它支持当前的一个研究项目。他已正在修饰一种可食用的白蘑菇，这样，它将在货架上具有更少的棕色。他已发现这可能能够通过降低仅一种基因的表达量而得以实现。
Yang正在利用CRISPR开展这项研究，这是因为他的过程并不会引入任何外源DNA到这些蘑菇中，而且他想要知道这一产品是否会被负责对转基因生物（GMO）制定法规的美国农业部动植物卫生检查处（APHIS）认为是“限定物（regulated article）”。
它答复道，“APHIS并没有将2015年10月30日写的那封信中描述过的经过CRISPR/Cas9编辑的白蘑菇视为是受到法规限制的。”
Yang的蘑菇并不是第一个免受美国农业部当前法规限制的转基因农作物[12]，但是它们是第一个利用CRISPR进行编辑的农作物。CRISPR让基因编辑领域受到的大量关注正迫使美国[13]和国外[14]的政策制定者更新它们对转基因食物的一些看法。
CRISPR的新前沿
这种强大的基因编辑技术的一种特别争议的应用是它可能促进某些物种灭绝[15]，比如地球上最为致命性的动物，即导致疟疾的冈比亚按蚊。据科学家们所知，这实际上是可能的，而且比尔与梅琳达-盖茨基金会等一些严肃的参与者已给这个工程投资。
大多数CRISPR应用并不那么充满伦理争议。在华盛顿大学，CRISPR正帮助研究人员理解胚胎干细胞如何成熟[16]，DNA如何能够在活细胞内进行空间上重新组装，以及为何一些青蛙能够再生它们的脊髓。
可以肯定地说，CRISPR并不仅是宣传炒作。几个世纪前，我们在泥版上写东西，而在这个世纪，我们将在编写生命。（转载于生物谷）
