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(CRISPR-Cas9技術(shù)精確價格便宜易于使用功能強大)

一個CRISPR的未來

過去幾年來，CRISPR一直是頭條新聞。 專家預測，這種基因編輯技術(shù)將改變我們的星球，徹底改變我們生活的社會和我們生活的有機體。 與其他用于基因工程的工具相比，CRISPR（也稱為CRISPR-Cas9）技術(shù)精確，價格便宜，易于使用，功能強大。

20世紀90年代早期發(fā)現(xiàn)并在七年后首次用于生化實驗，CRISPR已經(jīng)迅速成為人類生物學，農(nóng)業(yè)和微生物學等領(lǐng)域研究人員中最受歡迎的基因編輯工具。

科學家們?nèi)匀惶幱谔剿魅绾问褂肅RISPR來改變世界的最初階段。 當然，改變DNA的能力 - 生命本身的源代碼 - 帶來了許多道德問題和擔憂。 考慮到這一點，以下是這一革命性技術(shù)的一些最令人興奮的用途，以及可能減緩或阻止這些技術(shù)發(fā)揮其全部潛力的障礙。

1. CRISPR可以糾正導致疾病的遺傳錯誤

肥厚型心肌?。℉CM）是一種心臟病，每五百人中就有一人受到影響。其癥狀是痛苦的，往往是致命的。許多顯性基因的突變導致心臟組織變硬，這可能導致胸痛，無力，并在嚴重的情況下，心臟驟停。由于近期的醫(yī)療進展，HCM患者的平均預期壽命接近一般人群的平均預期壽命，但如果不及時治療，可能會導致危及生命的情況。

但有一天，我們可能能夠使用基因編輯來徹底治愈這種疾病。

在2017年夏天，俄勒岡衛(wèi)生與科學大學的科學家使用CRISPR刪除了一些可行的人類胚胎中的這些缺陷基因之一。結(jié)果是有希望的：在受精后18小時注射了CRISPR-Cas9機制的54個胚胎中，36個在該基因中沒有顯示任何突變（實際上沒有發(fā)生該疾病的機會），并且13個部分沒有突變50％的機會繼承HCM）。

脫靶基因突變和馬賽克（只有一些細胞采取這些變化，意味著一小部分人會繼承突變）只出現(xiàn)在54個胚胎中的13個。

為了進一步減少只有一些細胞發(fā)生變化的機會，研究人員進行了另一個實驗，在受精時直接在胚胎中修正相同的基因。他們發(fā)現(xiàn)，只有一個是馬賽克 - 令人印象深刻的結(jié)果，使得這項研究比類似的研究效率更高（2015年在中國的臨床試驗沒有能夠消除馬賽克的可能性）。

俄勒岡健康與科學大學研究的主要作者Shoukhrat Mitalipov在新聞發(fā)布會上說：“通過使用這種技術(shù)，有可能減少這種可遺傳疾病對家庭和人群的負擔， 。在胚胎發(fā)育的最早階段捕捉突變將減少或消除晚些時候在患者生活中的治療需求。

雖然一些干細胞科學家質(zhì)疑這些數(shù)十個突變是否確實得到修復，這項研究幫助科學家更好地理解CRISPR的功效。此外，HCM研究的共同作者之一已經(jīng)表示有興趣將相同的技術(shù)應用于增加乳腺癌風險的特定基因突變（BRCA1和2）。

也就是說，科學家們知道，改變?nèi)祟惻咛サ倪z傳密碼可能會產(chǎn)生意想不到的后果。如果CRISPR在錯誤的地方進行改變，并無意中改變或消除健康的基因，該怎么辦？這怎么會影響病人？

在世界上的一些地方，如中國，科學家們可以自由地對人類胚胎進行基本上無拘束的實驗。但在美國，加拿大或英國情況并非如此。

在美國，美國食品和藥物管理局（FDA）目前不考慮使用公共資金進行研究，以改變可遺傳的基因（俄勒岡研究人員的研究中的胚胎不是用于植入的，研究是由私人資助的）。在加拿大，編輯可傳給子孫后代的基因是一種刑事犯罪，最高可判十年監(jiān)禁。與此同時，在英國，人類受精胚胎學管理局在倫敦授權(quán)一組科學家在倫敦編輯人類胚胎基因的許可證。英國科學家希望這將建立一個先例，并為未來的應用保持開放。

2. CRISPR可以消除導致疾病的微生物

雖然艾滋病毒治療已經(jīng)將感染從一個惡毒的殺手變成了一個宜居的健康狀況，科學家們還沒有找到治愈的辦法。這可能會隨著CRISPR而改變。 2017年，一組中國研究人員通過復制能有效阻止病毒進入細胞的基因突變，成功提高了小鼠抗艾滋病毒的能力。目前，科學家們只是在動物身上進行這些實驗，但有理由認為相同的方法可以在人體中起作用。鼓勵HIV抵抗的突變自然發(fā)生在一小部分人群中。通過使用CRISPR將突變導入缺乏人類干細胞的研究人員，研究人員可以在未來大大加強對人類的艾滋病抗性。

中國的另一個基因編輯試驗將于2018年7月開始，將試圖使用CRISPR來破壞人類乳頭狀瘤病毒（HPV）的基因 - 已被證明會導致宮頸癌腫瘤生長的病毒 - 有效地破壞它。

在一個稍微不同的方法中，北卡羅來納州的科學家們使用CRISPR來設計噬菌體，這種病毒是一種在細菌內(nèi)部感染和復制的病毒，可以殺死有害細菌。自20世紀20年代以來，噬菌體已被用于臨床試驗來治療細菌感染。但是從自然中獲取這些資源證明是困難的，當時缺乏了解使得結(jié)果變得不可預測，抗生素市場的增長使得它們的使用不受歡迎。

即使在今天，一些研究人員擔心，用大量的噬菌體淹沒身體可能會引發(fā)免疫反應，或?qū)е驴股啬退幖毦矔κ删w產(chǎn)生抗藥性，否則將會消滅它們。

盡管人體試驗尚未開始，但研究人員對使用CRISPR來設計噬菌體感到樂觀，因為它們是治療細菌感染的經(jīng)證實的安全方法。事實上，在2017年的一個試驗中，研究人員設法使用CRISPR工程噬菌體拯救感染抗生素抗性感染的小鼠的生命。

3. CRISPR可以復活物種

2017年2月，哈佛遺傳學家George Church在美國科學促進會年會上發(fā)表了令人驚訝的消息。他聲稱他的團隊距離開發(fā)一頭大象 - 猛犸象雜交胚胎僅兩年。

教會希望收回毛茸茸的猛犸可以控制全球變暖。教會告訴“新科學家”說：“猛犸象通過沖雪和讓冷空氣進入，使凍原不再融化。”

教會和他的團隊希望利用CRISPR將亞洲象（一種可能被拯救的瀕危物種）和猛犸象的遺傳物質(zhì)結(jié)合在一起。后者的樣品是從從西伯利亞發(fā)現(xiàn)的冷凍毛球中回收的DNA中收獲的。通過將猛犸象的基因組加入到亞洲象中，所產(chǎn)生的有機體將具有毛茸茸的猛犸象的共同特征，如長毛皮，在寒冷的氣候中起到絕緣作用。據(jù)“新科學家”報道，最終的目標是將這種混合胚胎植入大象，并使其達到足月。

這項工作是有希望的，但許多專家認為教會的時間表有點過于樂觀。即使研究人員擁有一個功能性的混合胚胎，按照教會的建議將它種植在人造子宮內(nèi)也是另一個需要克服的障礙。誠然，教會的實驗室已經(jīng)能夠在一個人工子宮里面生長一個小鼠胚胎，這個胚胎在懷孕的一半時間里，大約有10天。但是，這并不能保證我們將在未來幾年見證羊毛雜交種的誕生。

4. CRISPR可以創(chuàng)造新的，更健康的食物

CRISPR基因編輯在農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域被證明是有希望的。來自紐約冷泉港實驗室的科學家們使用該工具來增加番茄的產(chǎn)量。實驗室開發(fā)了一種方法來編輯確定番茄大小，分枝結(jié)構(gòu)，最終形成更大收獲的植物的基因。

首席研究員兼冷泉港實驗室教授扎卡里·利普曼（Zachary Lippman）在新聞稿中表示：“現(xiàn)在每種特性都可以通過調(diào)光開關(guān)控制燈泡的方式進行控制。 “我們現(xiàn)在可以與原生DNA一起工作，增強自然界提供的東西，我們相信這可以幫助打破產(chǎn)量障礙?！?/p>

為饑餓的世界提供高產(chǎn)作物只是開始 - 科學家希望CRISPR也能幫助擺脫轉(zhuǎn)基因生物（GMOs）的恥辱。在2016年，農(nóng)業(yè)技術(shù)公司杜邦先鋒宣布了CRISPR編輯玉米的新品種，由于研究人員如何改變其基因，技術(shù)上不是轉(zhuǎn)基因生物。

轉(zhuǎn)基因生物和基因編輯作物之間的區(qū)別非常簡單。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因生物通過將外源DNA序列插入作物的基因組中，將性狀或特性傳遞給未來的生物體?；蚓庉嫳冗@更精確：它精確地改變了原生基因組特定位置的基因，經(jīng)常敲除某些基因或改變它們的位置，所有這些都不需要引入外來的DNA。

盡管轉(zhuǎn)基因生物在消費者中引起爭議，杜邦先鋒等公司希望能更好地接受基因編輯的食品。在美國市場上已有數(shù)十年的轉(zhuǎn)基因生物可利用的情況下，科學家沒有發(fā)現(xiàn)健康風險，盡管最大的轉(zhuǎn)基因生物支持者承認科學家們?nèi)匀徊恢浪械拈L期風險。 CRISPR編輯的作物也是如此。當然，科學家們將繼續(xù)測試和評估這些作物，以確保沒有意外的副作用，但是這個早期的工作是非常有前途的。最終，CRISPR編輯的作物可能會淹沒全球市場。

杜邦先鋒公司希望到2020年將其“糯”基因編輯玉米在美國推向市場?；蚓庉嫷哪⒐揭呀?jīng)繞過美國農(nóng)業(yè)部的規(guī)定，因為它不包含來自病毒或細菌的外來DNA，成為第一個CRISPR編輯的有機體綠燈。瑞典已經(jīng)宣布將對轉(zhuǎn)基因作物進行分類和管理，而不是轉(zhuǎn)基因生物，但歐盟委員會尚未選擇立場。

5. CRISPR可以消滅地球上最危險的有害生物

像CRISPR這樣的基因編輯技術(shù)可以直接對抗傳染病，但一些研究人員已經(jīng)決定通過消除傳播手段來減緩疾病的傳播。加利福尼亞大學河濱分校的科學家研發(fā)出一種獨特的易受CRISPR變化影響的蚊子，使科學家能夠?qū)@種有機體傳給其后代的特性進行前所未有的控制。其結(jié)果是：黃色，三眼，無翼的蚊子，通過改變基因負責眼睛，翅膀和角質(zhì)層的發(fā)育。

通過破壞蚊子基因多個位置的靶基因，該團隊正在測試一個“基因驅(qū)動”系統(tǒng)來傳播這些抑制性質(zhì)?；蝌?qū)動是從本質(zhì)上確保遺傳特性將被遺傳的一種方式。通過損害蚊子的飛行和視力，河濱隊希望能夠大大降低在人類中傳播登革熱和黃熱病等危險傳染病的能力。

其他研究人員正在通過干擾他們的繁殖來消滅蚊子種群。在2016年的倫敦帝國理工學院，一組研究人員使用CRISPR通過影響女性不育特質(zhì)的基因驅(qū)動系統(tǒng)將攜帶瘧疾的蚊子類型的女性繁殖轉(zhuǎn)變?yōu)楦锌赡鼙贿z傳。

但是干擾蚊子種群可能會有不可預見的后果。消滅一個物種，即使是沒有太多生態(tài)價值的物種，也會破壞生態(tài)系統(tǒng)的謹慎平衡。這可能造成災難性的后果，例如擾亂食物網(wǎng)或增加瘧疾等疾病可能完全由不同物種傳播的風險。

CRISPR明天

目前的科學進步表明，CRISPR不僅是一個非常多才多藝的技術(shù)，它被證明是準確和日益安全的使用。但是還有很多工作要做，我們才剛剛開始看到CRISPR-Cas9等基因組編輯工具的全部潛力。

技術(shù)和倫理障礙依然存在于我們和未來，在這個未來中，我們?yōu)榈厍蛱峁┕こ淌称?，消除遺傳障礙，或使滅絕的動物物種恢復生機。但是，我們正在順利的路上。

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