最初，CRISPR只是細(xì)菌體內(nèi)的一個(gè)“免疫機(jī)制”，用于防御入侵病毒和外源DNA。隨著研究深入，CRISPR被科學(xué)家們“化為己用”，基于此實(shí)現(xiàn)了基因刪除、插入、激活、大片段以及染色體敲除等可能。如今，CRISPR已經(jīng)成為糾正突變基因、解決器官異種移植關(guān)鍵難題、治療疑難雜癥等領(lǐng)域的熱門(mén)技術(shù)。

現(xiàn)在，由哈佛大學(xué)的遺傳學(xué)教授喬治·丘奇（George Church）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)利用“魔剪”技術(shù)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行了13,200次基因改造，創(chuàng)下了基因編輯領(lǐng)域的一項(xiàng)記錄。

他們希望，以更大規(guī)模重寫(xiě)基因組，這最終可能會(huì)導(dǎo)致物種被“重新設(shè)計(jì)”。

這種大規(guī)模的基因編輯之前已有研究團(tuán)隊(duì)嘗試過(guò)。2017年，由Paul Thomas帶領(lǐng)的一個(gè)澳大利亞團(tuán)隊(duì)使用CRISPR對(duì)小鼠的Y染色體進(jìn)行了編輯，并成功將其整個(gè)刪除了。這一策略被認(rèn)為是唐氏綜合征的潛在治療方法。

因?yàn)镃RISPR會(huì)切開(kāi)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，一次進(jìn)行太多編輯會(huì)殺死細(xì)胞，這限制了過(guò)去大規(guī)模編輯的嘗試。來(lái)自澳大利亞昆士蘭大學(xué)的Geoff Faulkner團(tuán)隊(duì)曾在2016年嘗試敲除500個(gè)小鼠胚胎中的LINE片段，以此確定這一編輯對(duì)小鼠發(fā)育和行為的影響。但是，并沒(méi)有小鼠存活下來(lái)。

為了打破新的基因編輯記錄，哈佛團(tuán)隊(duì)將CRISPR“瞄準(zhǔn)”一段DNA序列：LINE-1，一種遍布人體基因組的重復(fù)片段，可以自我復(fù)制，約占基因組的17%。

為了避免細(xì)胞死亡的問(wèn)題，哈佛團(tuán)隊(duì)改版了傳統(tǒng)的CRISPR，研發(fā)了一套單堿基編輯技術(shù)——dead-Cas9 base editor（dBEs），可以避免切割DNA，而是用一個(gè)堿基替換另一個(gè)，例如將C轉(zhuǎn)換為T(mén)。最終，他們可以在細(xì)胞內(nèi)編輯超13000次，且不會(huì)殺死細(xì)胞。這項(xiàng)研究成果于3月發(fā)表在預(yù)印本雜志bioRxiv。

有學(xué)者認(rèn)為，這項(xiàng)工作提供了一種方法進(jìn)行試驗(yàn)且不會(huì)導(dǎo)致全基因組不穩(wěn)定。但是也有人持懷疑態(tài)度，他們認(rèn)為這項(xiàng)工作并不足以“啟動(dòng)”大規(guī)?；蚪M編輯。澳大利亞國(guó)立大學(xué)的Gaetan Burgio稱(chēng)，該技術(shù)宣稱(chēng)的對(duì)物種進(jìn)行重新設(shè)計(jì)系“夸大其詞”。

然而，George Church認(rèn)為，大規(guī)模基因編輯是“清理基因組”（去除其中垃圾）的一種方法。2015年，他實(shí)驗(yàn)室清除了豬基因組中潛伏的62份逆轉(zhuǎn)錄病毒遺傳物質(zhì)。這些病毒會(huì)被重新激活，這對(duì)于“器官異種移植”而言是一個(gè)大隱患。當(dāng)時(shí)研究團(tuán)隊(duì)使用的是一種“不朽”的豬腎臟細(xì)胞（可以在培養(yǎng)皿中無(wú)限地生存和分化）。

同年，他和學(xué)生楊璐菡共同創(chuàng)辦了一家生物技術(shù)公司eGenesis，計(jì)劃利用CRISPR技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)豬異種器官移植到人體。2017年，他們成功在活體豬身上證實(shí)了這一可行性，收獲世界首批內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因失活的幼豬。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Science》期刊。

George Church表示，他的最終目標(biāo)是創(chuàng)建人體基因組已經(jīng)被修改過(guò)的器官和組織，能夠?qū)λ胁《径济庖摺＿@一過(guò)程被稱(chēng)為“重新編碼”（recoding），將涉及約9811個(gè)精準(zhǔn)的基因修飾。目前，George Church實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)工作，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)他自己的細(xì)胞進(jìn)行重新編碼。

參考資料：

2）Genome engineers made more than 13,000 CRISPR edits in a single cell

3）楊璐菡?qǐng)F(tuán)隊(duì)Science發(fā)文：CRISPR編輯豬，突破異種移植難題！