基因編輯所用的工具叫基因剪刀，它與普通剪刀的區(qū)別除了是分子構(gòu)成，還在于它象是長眼睛、智能化的，能夠識別剪哪里不剪哪里。因此，人們常稱它們是長眼睛的“分子手術(shù)刀”。

    生命科學(xué)發(fā)展迅速，新名詞層出不窮，尤其是基因編輯火得視乎人的基因也快可以隨便編輯、定制人類了。其實非然。雖然完成了一些生物（包括自身）的DNA測序，但對很多能稱之為基因的DNA片段等等起什么作業(yè)我們還不清楚，就好比一本書，盡管我們認(rèn)識每個字，但字連起來的句子我們并不知道是啥意思。所以在很大程度上，DNA堿基排列構(gòu)成的基因序列還像本天書。

    基因剪刀的重要作用之一，是可以幫助人類搞清這本天書的意思，接下來動手腳就好辦多了。

    目前時髦的基因編輯工具（習(xí)慣稱基因剪刀）是CRISPR/Cas9，其實它與上世紀(jì)在細(xì)菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一類核酸內(nèi)切酶——限制性內(nèi)切酶異曲同工。

    限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)開啟了基因工程的新篇章：上世紀(jì)50年代，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)，60年代，揭示了遺傳密碼的秘密。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家們試圖對基因進(jìn)行“施工”，從而揭示其秘密，進(jìn)而改造生命。

    既然DNA在染色體上呈線性排列，基因就存在于DNA的堿基序列之中。于是，科學(xué)家們嘗試切開一段基因，把它同另外一段基因聯(lián)結(jié)到一起，制成重組DNA，從而改變生物體的性狀。這個工作就是重組DNA技術(shù)——偉大的基因工程。

    要進(jìn)行上述操作，基因剪切工具十分重要，必須尋找專用的基因剪刀。

    幸運(yùn)的是，大自然賦予了科學(xué)家們神奇操作工具?？茖W(xué)家們在大腸桿菌等菌類中發(fā)現(xiàn)了一些小巧靈活、有很強(qiáng)特異性的物質(zhì)，它們能夠識別DNA大分子鏈上特定的核苷酸順序，并能在一特定部位將DNA斷裂。

    這種物質(zhì)被稱作限制性內(nèi)切酶（一種蛋白質(zhì)）。這類酶脾氣很怪，見到外來DNA就剪切，切得它們不能表達(dá)相應(yīng)的蛋白質(zhì)，從而限制外來DNA進(jìn)入，起到抵御外來入侵的作用。這一發(fā)現(xiàn)是在研究細(xì)菌的免疫防御系統(tǒng)中得到的啟示。

    已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的限制性內(nèi)切酶有好多種，每一種（2型）都有極強(qiáng)的特異性，可以準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行核苷酸的識別，不會錯切一刀?？梢哉f，限制性酶切酶是世界上最小、最靈巧的分子剪刀。

    借助于基因“剪刀”的幫助，科學(xué)家們可以從提取出的DNA片斷中得到想要的一段，也可以針對DNA長鏈中的某些基因進(jìn)行有目的的敲除，之后再觀察基因缺失引起的表型變化，推測該基因的生物學(xué)功能，為我們讀懂基因天書、改造生命奠定基礎(chǔ)。

    目前，基因編輯技術(shù)中比較成功的基因敲除（剪切）工具當(dāng)屬CRISPR/Cas9。它的出身同樣離不開細(xì)菌。在生命進(jìn)化過程中，細(xì)菌和病毒之間的斗爭產(chǎn)生了免疫系統(tǒng)，即病毒把自己的基因整合到細(xì)菌內(nèi)，利用細(xì)菌的細(xì)胞作為工場來復(fù)制自己的基因，而細(xì)菌為了清除或阻止外來病毒基因的入侵，進(jìn)化出了CRISPR系統(tǒng)。細(xì)菌有了這個系統(tǒng)，可以不動聲色地把病毒基因從自己的染色體上切除。這就是細(xì)菌特有的免疫系統(tǒng)。

    CRISPR 在絕大多數(shù)細(xì)菌和古細(xì)菌中普遍存在，但直到2005年，CRISPR的作用機(jī)理才逐漸被科學(xué)家們所認(rèn)識。2013年，科學(xué)家們經(jīng)過優(yōu)化，利用細(xì)菌的這套防御系統(tǒng)，制造出了CRISPR/Cas9基因編輯超級剪刀。

    CRISPR/Cas9的工作原理，就是利用具有引導(dǎo)作用的單鏈gRNA(Guide RNA)引導(dǎo)核酸酶Cas蛋白（限制性內(nèi)切酶）在與gRNA配對的靶位點(diǎn)處剪切雙鏈DNA，引起DNA雙鏈斷裂（DSB）。

    基因被剪切斷了要修復(fù)，但基因剪切不是簡單的移碼突變，不然，基因功能就喪失了，不能指導(dǎo)相應(yīng)的蛋白質(zhì)合成。因此基因編輯的技術(shù)難度很高深。

    CRISPR/Cas9作為基因剪刀的最大優(yōu)勢是可以有效剪切哺乳動物、植物、鳥類、昆蟲、魚類、微生物等多種生物的DNA，，被認(rèn)為前景廣泛，基于CRISPR/Cas9基因編輯有望創(chuàng)造更多基因工程的奇跡。

    總之，基因編輯不但需要長眼睛的智能剪刀，也需要漿糊，需要搬運(yùn)工具、載體，等等。其中，細(xì)菌等微生物功不可沒。細(xì)菌與我們每個人息息相關(guān)，因為我們一口就要吞下2.4億個細(xì)菌。

    注：限制性核酸內(nèi)切酶有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ 型之分，能進(jìn)行特異切割的只有Ⅱ型限制性核酸內(nèi)切酶。

    Ⅰ 型：切割位點(diǎn)距識別序列1 kb處，隨機(jī)性切割。

    Ⅱ 型：切割位點(diǎn)在識別序列內(nèi)或附近，特異性切割。Ⅱ型限制性核酸內(nèi)切酶識別雙鏈DNA分子中4～8對堿基的特定序列，大部分酶的切割位點(diǎn)在識別序列內(nèi)部或兩側(cè)，識別切割序列呈典型的旋轉(zhuǎn)對稱型回文結(jié)構(gòu)。Ⅱ型限制性核酸內(nèi)切酶的三大特點(diǎn)是：①.識別位點(diǎn)的特異性 每種酶都有其特定的DNA識別位點(diǎn)，通常是由4～8個核苷酸組成的特定序列（靶序列）；②.識別序列的對稱性 靶序列通常具有雙重旋轉(zhuǎn)對稱的結(jié)構(gòu)，即雙鏈的核苷酸順序呈回文結(jié)構(gòu)；③.切割位點(diǎn)的規(guī)范性 雙鏈DNA被酶切后，分布在兩條鏈上的切割位點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對稱（可形成粘性末端或平末端的DNA分子）。