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你知道最近两个月CRISPR基因编辑技术又取得了哪些炸碉堡式的惊人进展吗？
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战斗硝烟四起一场有关CRISPR的战争正在正义的殿堂肆虐。这句话完全可以在字面上进行理解。CRISPR技术研发的两大主要玩家Jennifer Doudna和张锋现在打起了官司，要通过法庭来决定谁发现这一技术而应获得专利。这场战斗在今年一月份被公之于众，随Cell网上的一篇文章而被放大，许多人争论说那篇文章对CRISPR技术研究历史的描述过于片面。然而，CRISPR最惊人的一点并不是它的历史，而是其已经高速发展的进度仍在加速！CRISPR大爆发CRISPR意为短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic
repeats），是指原核生物免疫系统中使用的DNA。原核生物免疫系统依赖Cas9酶，并引导RNA找到特定的有问题的基因片段，然后将其剪切出去。 （Cas9是唯一一种能与CRISPR系统工作的酶，但研究人员已经发现它是最准确和有效的。）就在三年前，研究人员发现同样的技术也可以应用到人类身上。随着系统的精度、效率和成本效益变得越来越显着，研究者和制药公司趋之若鹜，加入到了修改、提高和在不同遗传问题上测试这一技术的浪潮中。之后，到2015年，CRISPR真正开始变得炙手可热，被《科学》杂志认定为全年最佳科学突破。但这项技术的发展非但没有减速，反而似乎是加快
了！从2015年11月中旬到2016年1月中旬，不到两个月时间就有十个重大的CRISPR进展（包括专利大战）冲上新闻头条。更重要的是，其中的每个 进展都在引导遗传学研究过程中发挥着至关重要的作用。疟疾2015年11月底，CRISPR占据了很多头条版面，当时研究人员宣布他们可以使用基因编辑技术开启蚊子的一个基因驱动以消除疟疾。基因驱动在每次某个基因的优选版本替代不希望有的版本时发生，这超越了一个基因的每两个表达都有同等几率传递给下一代的孟德尔遗传学。长久以来，基因驱动都只是一个理论，没办法得到实际应用。接着，CRISPR出现了，通过这项新技术，加州大学欧文和圣迭戈分校的研究者能在他们的
实验室中针对蚊子中的疟疾创造一种有效的基因驱动。众所周知，因为蚊子能够传播疟疾，所以在野外坏境中运用这种基因驱动有望能以很快的速度完全根除这种疾 病。但还必需更多研究才能确保这项技术的有效性，并阻止在我们永久性地修改了某个物种的基因之后任何可能的意外的负面影响。肌营养不良症几周之后，在2015年行将结束时，《纽约时报》报道有三组不同的研究者都宣布他们成功使用CRISPR技术治疗了小鼠的假肥大型肌营养不良症
（DMD）；这种疾病虽然罕见，却是一种最常见的致命性遗传疾病。患有DMD的男孩存在一个会阻止某种特定蛋白质产生的基因突变，导致肌肉退化。患者通常 到10岁时就必须依靠轮椅了，而因为心脏衰竭，他们很少能够活过20岁。科学家通常希望能够通过基因疗法治好这种疾病，但事实证明定位和去除这种有问题的基因非常困难。在一次新尝试中，研究者将CRISPR装载到一个无
害的病毒中，然后将其注入到小鼠胚胎或患病的小鼠细胞中以除去基因中的突变片段。尽管DMD小鼠的肌肉质量未能达到对照组小鼠相同的水平，但改善效果仍然 非常显着。Gizmodo作者George Dvorsky说：「有史以来第一次，科学家使用CRISPR基因编辑工具成功治疗了活的成年哺乳动物的遗传性肌肉紊乱。这个很有前景的医学突破可能很快就会带来针对人类的治疗方法。」失明DMD的新闻出现仅仅几天之后，Cedars-Sinai理事会再生医学研究所公布了他们在治疗视网膜色素变性上所取得的进展，视网膜色素变性是一
种能够导致失明的遗传性视网膜退化疾病。研究人员在患病的小鼠上使用CRISPR技术移除了有问题的基因，发表在Molecular
Therapy上的论文的摘要中称其「阻止了视网膜变性并改善了视觉功能。」参与了这一研究的科学家Shaomei
Wang在新闻稿中说：「我们的数据表明，随着进一步的发展，将有可能使用这种基因编辑技术来治疗患者的遗传性视网膜色素变性。」这是将CRISPR应用
于人类过程中的重要一步，而在这个消息出来前不久，初创公司Editas
Medicine在11月份放出消息说希望能在2017年将CRISPR应用于人类，以治疗另一种也会导致失明的罕见遗传疾病——莱伯先天性黑朦。基因控制一月份，又公布了另一个重大进展：科学家宣布他们已经不止能用CRISPR编辑基因，而且还能用这种技术控制基因。在这种情况下，Cas9酶基本上是没有活性的，这使得它不能对基因进行剪切，而是充当其它能操控问题基因的分子的传输中介。The
Atlantic已对这一过程进行过报道，其中解释说：「现在，已经不是一套可以精确剪切任何你想要的基因的多功能剪刀，而是一个可以精确控制任何你想要
的基因的多功能传输系统。你不仅有了编辑器，你还有刺激物、喷嘴、强度开关、跟踪器。」这能带来无尽的好处，从提高免疫力到心脏病发作后改善心脏肌肉。或 许我们最后还能治愈癌症。对失控增殖的细胞来说，难道还有比直接关闭细胞系统更好的方法吗？控制CRISPR还是控制研究者？但一旦将CRISPR-Cas9系统释放到身体中，我们对其能有多少控制力呢？或者，对于这个问题，我们对可能使用这种力量创造可怕的「定制婴儿」的科学家有多少控制力呢？
对第一个问题的简短回答是：凡事都有风险。但CRISPR-Cas9非常精准，科学家也并没有因为它足够好了就接受现状，他们还在继续努力让它变得
更为精准。去年12月，麻省理工的博德研究所发布了他们成功调整RNA引导的研究结果：他们降低了RNA应该引导的基因和实际被引导的基因之间的不匹配
度。然后过了一个月，《自然》发表了杜克大学的研究结果，科学家调整了Cas9酶的另一个片段，使其能够更精确地执行剪切。而这仅仅是个开始。研究人员意 识到为了能成功将CRISPR-Cas9应用于人类，它必须每一次都是完美表现。而这又带来了第二个问题：我们能相信所有科学家都在做正确的事吗？不幸的是，为了回应去年4月中国的一项研究，这个问题被提了出来。在这项研究中，
科学家使用CRISPR试图对异常的人类胚胎进行基因修改。尽管结果证明这项技术目前离真正的人体试验还相距甚远，但这项研究已经被完成的事实解除了遗传 学研究者和媒体头上的枷锁。这些问题可能是在2015年三四月份涌现出的，但官方的回应直到12月初全世界的遗传学家、生物学家和医生在华盛顿特区开过人类基因编辑国际峰会之
后才正式给出。不过说到底，本次峰会的结果并不清晰，基本上也就是鼓励科学家谨慎行事，而没有任何彻底的禁止。但是，在目前的研究阶段，CRISPR所能 带来的益处可能大于风险。大型制药公司
对那些已经搭上CRISPR花车的制药公司来说，「谨慎行事」可能就是最正确的建议。既然CRISPR在改善人体健康方面有这么多让人惊叹的可能性，那这些公司将大把资金用在这个赌注……呃……投资中也就情有可原了。纵观2015年，数以亿计的美元涌入了生物医药初创行业，其中的大部分流入了两个主要玩家：Editas Medicine和Intellia
Therapeutics。之后到12月中期，拜耳公司宣布投资3亿美元和初创公司CRISPR Therapeutics成立一家合资企业。几个主要的药企玩家都想在CRISPR技术的赌局中赢得大头。但这个让人惊艳的技术能够支撑多大的赌局呢？首先，每家企业都需要花钱获得专利许可，
但目前来看，因为围绕CRISPR的法律纠纷还未理清，原来的专利（这些公司已经获得许可）已被搁置，而法院还在努力研究到底应该把专利权给谁。如果专利 所有权发生变更，可以将对所有已经投资了CRISPR的生物医药企业带来决定性的影响。即将到来的担忧？1月14日，英国法院开始审查由弗朗西斯·克里克研究所（FCI）提交的开始对人类胚胎进行转基因研究的申请。尽管英国关于人类胚胎实验的要求比美
国宽松（美国完全禁止任何人类胚胎的转基因研究），但英国的要求仍然很严格——14天后胚胎必须被销毁。FCI申请使用一日龄的「备用」体外受精胚胎进行 研究的许可证，希望借此更好了解为什么一些子宫内胚胎会在早期死亡，以试图降低妇女流产的风险。当然，因为最近的CRISPR突破，生殖系编辑研究已经成为可能。如果这项研究成功，《独立报》认为，「它将带来修改现行法律的压力，允许胚胎所谓
的『生殖系』编辑以及转基因孩子的诞生。」但是，该项目的首席研究员Kathy
Niacin博士坚称这并不会滑向「定制婴儿」。正如她向《独立报》解释的那样：「因为英国在这方面有非常严密的规定，所以向那个方向移动是完全非法的。 我们的研究自2009年以来一直都在英国的允许范围之内，是纯粹用于研究目的的。」复活猛犸象猛犸象！CRISPR也可以将已经灭绝的生物带回来，这篇文章以此收尾真是再好不过。是的，从去年春天开始，哈佛大学遗传学家George
Church就想要复活猛犸象了。《赫芬顿邮报》12月份发了一篇有关他工作的文章，结果发现他的研究现在已经足够先进，他预测猛犸象可能能在少至7年内
重获新生。尽管那不会是真正的猛犸象。事实上，它将会是糅杂了猛犸象DNA的亚洲象。这一项目的目标是帮助阻止亚洲象的灭绝，而猛犸象的DNA可以帮助实
现这一目标。其中的研究思想是混种大象更能在气候变化中存活。如果有效，这一方法将可以应用到其它动植物上，以增强它们的物种稳定性，降低灭绝率。正如 Church说的那样：「事实并不是我们复活一些物种，而是强化现有的物种。」而除了强化物种之外，我们还能从遗传学研究中得到什么？from：机器之心
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关于丁香园新的基因编辑技术还有多远？_网易新闻
新的基因编辑技术还有多远？
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（原标题：新的基因编辑技术还有多远？）
身陷学术争论一年的韩春雨团队撤回了论文，却没能平息关于基因编辑技术的争议，而就在同一天传出了美国国内首次进行人类胚胎基因编辑并取得成功的消息。可见，科学家们探寻新的基因编辑技术的脚步不会停止。那么，基因编辑究竟是怎么回事？将会给人类带来怎样的变化？身陷学术争论一年的韩春雨团队撤回了论文，却没能平息关于基因编辑技术的争议，而就在同一天传出了美国国内首次进行人类胚胎基因编辑并取得成功的消息。可见，科学家们探寻新的基因编辑技术的脚步不会停止。那么，基因编辑究竟是怎么回事？将会给人类带来怎样的变化？&横空出世的DNA剪刀展现“惊人实力”自从科学家发现生命的遗传密码主要存在于DNA双螺旋结构以来，人类就开始了基因编辑技术的幻想。“人们想要通过基因编辑技术来改写DNA这本 生命的无字天书 ，就像用电脑编辑一篇word文件，可以利用鼠标和键盘等手段进行编辑。”中国科学院动物研究所研究员李伟博士说。&然而长期以来，科学家们只能通过物理和化学诱变、同源重组等方式对DNA进行编辑，但这些方法都不够方便和精确。直到2012年，一种名为“CRISPR/Cas9”的DNA剪切技术横空出世，让科学家们看到了希望。与以前效率低下的DNA编辑方法相比，新工具就像一个DNA剪刀手，剪开特定RNA序列指向的地方，开启细胞DNA的修复过程。由于Cas9系统优异的指向性和特定性，一问世就获得了科学家们的青睐。&科学家们认为，CRISPR可能是自20世纪70年代生物技术时代开启以来出现的最重要的基因工程技术。CRISPR系统具有搜索和替换DNA的双重功能，可以让科学家们通过替换碱基，轻松改变DNA的功能。在过去的研究中，科学家们已经证实，利用CRISPR可以治疗小鼠的肌肉萎缩、罕见肝脏疾病，使人类细胞免疫HIV等惊人的功能。&2015年7月，一个韩国科学小组利用CRISPR&RNA引导的工程核酸酶修复了两个频发的大的染色体倒位——它们导致了近一半的重症血友病A病例。这是第一次证实可以用可编程核酸酶纠正患者染色体倒位和其他大型的染色体重排。&复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室的研究人员，也通过CRISPR/Cas9技术进行特定基因敲除，快速、高效地构建了血友病乙模型小鼠，以期为血友病乙的研究提供更加便捷的途径。甚至还有研究者用CRISPR成功治疗了患有遗传性肝病和肌营养不良的动物。为何韩春雨论文曾被寄予厚望目前CRISPR/Cas9已广泛地应用于生物领域的各个方面。然而，这个系统自身也存在一些缺陷，比如进入细胞后，有可能在非目标位点进行酶切，从而导致脱靶，可能会引发癌症而非治愈癌症。&科学家们一直在研究新的工具来实现突破。这也是去年5月韩春雨团队的那篇论文一发表就被媒体称为“诺奖级”成果的重要原因之一。对此，北京市科协信息中心主办的微信公众号“蝌蚪五线谱”发表文章进行了解释：韩春雨团队论文中声称发现了一种全新的基因编辑工具——NgAgo-gDNA技术，并表示已使用该技术在哺乳动物细胞基因组上的47个位点进行了100%的基因编辑，效率为21.3%—41.3%。“这么高的技术效率完全可以媲美目前世界各个实验室最为流行的基因编辑工具CRISPR-Cas9了。”&“蝌蚪君”说，从原理上来说，早期的DNA编辑技术是通过蛋白质来寻找需要替换的序列，而Cas9则是通过RNA来寻找替换的序列，由于比操作蛋白质简单得多，Cas9技术得以迅速被广泛使用。但是Cas9需要与基因组上19个碱基配对，并要求在这组碱基后紧邻一个特定的三碱基序列（PAM序列），所以这在一定程度上限制了靶位点的选择范围。&而根据韩春雨团队的研究成果，NgAgo-gDNA技术中靶位点的选择则不受特定碱基序列的限制，编辑对象所受限制更小，几乎能编辑基因组内任何位置。另外，与NgAgo结合的gDNA长度为24个碱基，这比与Cas9结合的19个碱基的gRNA要长5个碱基，所以理论上NgAgo要比Cas-9的精确性高出1024倍（4的5次方）。&“通俗地说，基因编辑相当于在一本书中的某个位置找到一个单词将它替换成另一个，并且要保证书中其它地方的单词不被替换。如果替换的是to、the这样简单的单词，那么可能从书中找到多个地方，而找pneumonoultramicroscopicsilicovolcanoconiosi（肺尘病）这样的单词则不太可能找错。从这个角度来说，NgAgo-gDNA技术如果是真的，就比CRISPR/Cas9更厉害一些。”蝌蚪君说。可惜，这惊喜太短暂了。寻找新的基因编辑技术，科学家们还在努力虽然有关中国学者编辑人类胚胎细胞基因的议论一直没有停止，这一领域的科学家队伍仍有发展壮大之势。这两天又一重磅消息引发世界关注：美国俄勒冈卫生科学大学研究人员用CRISPR基因编辑技术，成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。&“虽然目前看来挑战CRISPR/Cas9等现有基因编辑技术的希望渺茫，但是寻找新的基因编辑技术仍然是科学家们努力的一个重要方向。”8月3日，国家动物基因研究中心汤波通过其科学网博客发表文章《韩春雨论文被撤，新的基因编辑技术还会出现吗》。他表示相信“新的基因编辑技术仍将出现”。&文中还介绍了近年基因编辑技术的进展。日，来自中国南京大学的研究人员在国际知名期刊《基因组生物学》上报道了一个基于结构引导的核酸内切酶的基因编辑新技术，其最大的特点就是可以实现体内外DNA任意序列的靶向和切割，不过这一研究成果在学术界并没有引起像NgAgo-gDNA技术那样的应用热潮，其实际应用效果还有待进一步观察。当然，要找到全新的基因编辑工具绝非易事，所以很多科学家致力于对现有技术进行改进，力图使其更便宜、更高效、操作更简便。2015年底，CRISPR/Cas9技术先驱之一的华裔科学家张峰博士在《细胞》杂志上宣布其找到了一个新的内切酶，可以替代Cas9，因为与Cas9相比，该内切酶只需要一个RNA分子，分子量小更易于进入细胞，基因编辑效果更好，与Cas9剪切位置不同能提供更多的选项。2016年5月和12月，张峰团队又在《细胞》和《自然生物技术》上连续发表两篇文章，分别介绍这个新内切酶的晶体结构，以及同时编辑多个基因的威力。另一个开发出CRISPR/Cas9技术的功勋科学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanuelle&Charpentier）博士团队4月也在《自然》杂志上发表论文，揭示了该内切酶除对DNA起作用外，还能对CRISPR&RNA进行修饰，这正是该基因编辑新系统能轻松实现多基因编辑的重要原因。“随着更多人加入基因编辑技术淘金热之中，现有基因编辑技术的专利限制将日益凸显，探寻新的基因编辑工具和改进现有基因编辑技术都势在必行，在不久的将来，必将出现更多更有效的基因编辑技术。”汤波说。据《科技日报》《人民日报》及科学网、蝌蚪五线谱等综合整理&延伸阅读基因编辑能干些啥虽然基因测序技术已经取得了振奋人心的进展，但是基因的“黑箱”仍然没有打开。对于最基本的问题“基因是干什么的”，人类还不甚了解。&基因编辑技术有望改变这一点。在CRISPR帮助下，可以通过破坏特定的基因，并观察结果，以加深对不同基因的理解。北京大学生命科学学院研究员魏文胜认为，基因编辑技术作为一种工具，在基础研究方面作用很大。“它的应用范围非常广，意义是极其深远的。我们可以通过抑制基因的表达，做成遗传筛选的平台，探索基因及其表达的蛋白在特定生理、病理、发育等过程中所起的作用。”&改良植物性状蘑菇在采摘后，极易发生褐变，在储运的过程中，即使十分小心，也难以避免磕碰之后激活那些加速蘑菇腐烂的物质多酚氧化酶，有些蘑菇还没到消费者的手中，就已褐变甚至腐烂。&“苹果、蘑菇的褐变既会影响颜色和口感，最新的CRISPR技术能够把这种多酚氧化酶的基因敲除掉，改良植物的性状。”哈尔滨工业大学生命科学与技术学院院长黄志伟表示，“那么多种植物，那么多的性状，基因编辑在这一领域的应用势必非常广阔。”&治疗恶性疾病科学家们一直想通过基因编辑技术来彻底治疗疾病，比如定向识别艾滋病毒DNA，将其剪切掉。基因编辑技术与以往任何的医疗技术手段都不同，是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造，从而改变遗传性状的操作技术。基因编辑的应用和普及使得基因水平的遗传缺陷修复，从而使彻底治愈白血病、艾滋病等恶性疾病成为可能。&“治疗疾病可能是基因编辑技术最不容易引起伦理争议的一个领域。”魏文胜说，“唐氏综合征、地中海贫血症等疾病都可以通过一些基因编辑的手段来进行治疗，目前也取得了一些突破。”&然而，科学家们也指出，基因调控机制极为复杂，并不是简单的“一加一等于二”。一方面，一些病症往往受大量基因的调控，找到特定基因位点的难度不亚于给一本数百万页的大部头的书“挑错”；另一方面，由于功能单一的基因很少，删除或增加基因片段，则有可能会“按下葫芦起了瓢”，反而增加新的疾病隐患。&“复活”灭绝物种
近日，美国哈佛大学的研究团队宣称已经从西伯利亚永久冻土中获得了猛犸象的DNA，希望结合CRISPR基因编辑技术，将从长毛猛犸象残骸上获取的基因拼接到亚洲象的DNA上，进而培育出具有多个猛犸象体征的新型大象。&不过有专家表示，完成“复活”猛犸象的工作并不简单，而复活已经灭绝古生物某种程度上也违背了生物进化的自然过程。这些努力只能从侧面验证，利用基因编辑技术复原一部分生物特征是可行的，但还面临伦理、生态等问题的挑战。&&
(原标题：新的基因编辑技术还有多远？)
本文来源：南京龙虎网-南京日报
责任编辑：王晓易_NE0011
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基因编辑：到底能做到些什么，又有什么是真正值得我们担心的
三年前，Bruce&Conklin偶尔发现的一种方法令他改变了整个实验室的研究方式。
Bruce&Conklin是美国旧金山Gladstone研究所的遗传学家，他一直致力于研究DNA的差异是怎样影响各种人类疾病的，然而他的研究工具用起来却很费劲。当他处理患者的细胞时，很难辨识出哪段序列是致病的关键，哪段序列仅仅是背景噪音。而将突变导入细胞则是成本高昂且繁重的工作。“改变一个基因的工作量，足够一个学生写上一整篇论文，”他说。
后来，在2012年，他读到了一种新近发表的，称为CRISPR的技术，CRISPR使研究者能迅速地改变任何组织的DNA——包括人类组织。随即，Conklin放弃了原先建立疾病模型的方法，改换成这种新方法。如今，他的实验室正热衷于改变多种与心脏疾病相关的基因。“CRISPR让一切焕然一新。”他说。CRISPR正在引领生物医学研究的剧变——这一观点获得了广泛认同。与其他基因编辑技术不同，CRISPR廉价、迅速且便于操作，因此它迅速席卷了全世界的实验室。研究者们希望用它来改造人类基因并剔除疾病，培育更强壮的植物，消灭病原体，以及实现更多其他目的。“自从我从事科研以来，见识了两次重大的突破：那就是CRISPR与PCR。”来自康奈尔大学的遗传学家John&Schimenti说。自1985年PCR问世以来，这一基因扩增技术掀起了遗传工程的革命，而正如PCR一样，“CRISPR在如此多的领域影响着生命科学，”他说。
然而，尽管CRISPR有诸多贡献，一些科学家仍旧担忧，该领域的突飞猛进没给我们足够时间去探讨这类实验可能引起的伦理问题和安全隐患。4月，科学家利用CRISPR改造人类胚胎的新闻（Nature&520,&593–595;&2015）把这一问题推向了风口浪尖。尽管他们使用的胚胎无法发育成婴儿，但这则报道仍然引发了激烈争论，这些争论包括是否应该应用CRISPR对人类基因组进行可遗传的改造，或者，该怎样进行此类改造。况且，还有其他方面的担忧。有些科学家希望能有更多的相关研究来探索该项技术是否会造成意外的、可能有害的基因组改变，另一些则担忧改变有机体可能会扰乱整个生态系统。
“在实验室，获取这种能力相当容易——你无须十分的昂贵的设备，人员也无需经过多年训练，”加州斯坦福大学的系统生物学家Stanley&Qi说。“我们应该慎重思考该怎样应用这种能力。”
生物学研究的研究革命
生物学家早就可以使用分子工具编辑基因组。大约十年前，他们就曾为锌指核酸酶（zinc&finger&nuclease）激动不已，这种酶有望准确而有效地编辑基因组。然而，据美国布兰戴斯大学的分子生物学家&James&Haber称，订购锌指核酸酶需要5000多美金，由于昂贵和难以操作，锌指核酸酶并没有得到广泛应用。CRISPR的工作原理是不同的：它依赖一种叫做Cas9的酶，Cas9会利用一段向导RNA分子，准确地定位到目标DNA，然后它会编辑DNA，剔除基因或插入所需序列。研究者往往只需订购RNA片段，其他组件则能在市场上购买到。全部开销仅有30美金。“这一点有效地促成了这项技术的普及化，人人都能用，”Haber说，“这是场巨大的革命。”
很快，CRISPR技术让锌指核酸酶以及其他编辑工具黯然无光（见《CRISPR的崛起》些人而言，这意味着舍弃他们已经花上数年功夫才精通的技术。“我很郁闷，”英国辛克斯顿威康信托基金会桑格研究所的遗传学家Bill&Skarnes说，“但同时我也很兴奋。”Bill&Skarnes曾在20世纪80年代中期引进的技术上投入大量工作精力：将DNA&插入胚胎干细胞，然后用那些细胞建立转基因小鼠。这项技术成了实验室的主要工具，但同时又费时费力。相较传统技术，CRISPR所需时间大幅缩短，Skarnes在两年前接受了CRISPR技术。
在传统的生物学研究中，研究者十分依赖小鼠或果蝇之类的模式生物，部分原因是只有这些物种已经配备了一套完善的遗传改造工具。而现在CRISPR使得编辑更多物种的基因成为可能。譬如，今年4月美国怀特黑德生物医学研究所的学者们发布了利用CRISPR对白色念珠菌（Candida&albicans）的研究，这种真菌对免疫系统虚弱的人们尤其致命，然而在实验室中一直很难对它的基因进行操作。加利福尼亚大学伯克利分校的CRISPR先锋Jennifer&Doudna收藏了一份CRISPR改造物种的清单。目前为止，她已经登记了三十多种生物，其中包括名为锥虫（trypanosome）的致病寄生虫和能够合成生物燃料的酵母。
然而神速的进展也伴随着缺陷。“人们没时间去鉴定这个系统中一些十分基本的参数，”加利福尼亚大学旧金山分校的生物物理学家Bo&Huang说。“有那么一种心理：只要它还管用，我们就无需去了解它的作用机理。”这意味着研究者们偶尔也会遇到些麻烦。为了将CRISPR应用于成像研究，Huang与他的实验室成员奋斗了两个月。他猜想，如果他们对于怎样优化“引导RNA”的设计——一个基础而又重要的细节——有更多了解的话，或许就无需耽搁那么久。
总而言之，研究者们把这点缺陷看成是为一个强大技术付出的一点小代价。然而Doudna对其安全性具有更深的忧虑。她的担忧始自2014年的一场会议，会上她看到一位博士后的工作汇报：改造一种病毒，将CRISPR组分携带进入小鼠体内。小鼠经呼吸摄入病毒，从而允许CRISPR系统制造突变并建立人类肺癌模型。Doudna打了个寒颤；在引导RNA设计中哪怕有一点差池，同样的事就会在人类的肺部发生。“想想你也许有个学生会做那样的研究，真让人胆战心惊，”她说，“关键是，人们得理解这项技术能做什么。”
纽约纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial&Sloan&Kettering&Cancer&Center）的癌症专家，这项工作的第一作者Andrea&Ventura表示，他的实验室谨慎考虑过其中的安全意义：他们把引导序列设计成特异性针对小鼠的遗传区域，而病毒也具有缺陷，无法复制。他赞同即使风险微乎其微，防患于未然也很重要。“引导序列不是用来切割人类DNA的，不过谁知道呢，”他说。“多半没有问题，但仍需提防这一点。”
去年，剑桥麻省理工的生物工程学家Daniel&Anderson及其同事在小鼠中利用CRISPR纠正了人类代谢疾病酪氨酸血症（tyrosinaemia）的相关突变。这是首次利用CRISPR在成年动物中纠正致病突变——在通往利用该技术进行临床基因治疗的道路上，这也是重要的一步（见《CRISPR简史》）。
CRISPR能够加速基因治疗发展的想法成了科学界与生物技术领域的一针兴奋剂，然而，Anderson的研究在展现了CRISPR技术潜力的同时，也指出要实现临床应用依然前路漫漫。为了将Cas9酶转入靶器官——肝脏，该团队必须向血管中泵入大体积的液体——这一措施通常在人体中并不可行。这次实验仅仅在0.4%的细胞中纠正了致病突变，对于大多数疾病而言，这个比例太低了，不会有什么作用。
在过去的两年里，不少公司迫不及待地投入了基于CRISPR的基因治疗，Anderson等人表示，首批此类临床治疗可能会在今后的一两年内问世。首批治疗很可能出现在能将CRISPR组分直接注入组织的情形下，譬如眼球内的组织；另一种情况是，可以从机体中移出细胞，在实验室里进行改造并植回机体。譬如，可能修复造血干细胞，以治疗镰状细胞（贫血）症或β-地中海贫血（β-thalassaemia）等疾病。将酶和引导RNA导入多种其他组织将会是个大挑战，但研究者们希望有朝一日该技术能广泛应用于各种遗传疾病。
然而，很多科学家警告说，在安全有效地使用CRISPR之前还有很长的路要走。科学家们希望提高编辑基因的效率，但同时也要保证不会在基因组的其他部位导致能影响健康的改变。“这些酶有可能切割到在你设计的酶切位点以外的部位，这会产生多种影响，”&Haber说，“如果你想置换某人干细胞中的镰状细胞基因，就会有人问你，‘嗯，这可能会在基因组的其他部位造成怎样的损伤？’”
在波士顿麻省总医院研究基因编辑的Keith&Joung一直在开发能追踪Cas9脱靶切割的技术。他说，对于不同的细胞，不同的序列，这类切割发生的几率有很大差别：他和其他实验室观测到，此类脱靶几率在0.1%到60%之间。他表示，即使发生几率很低，但如果脱靶切割促进细胞生长并引发癌症，也可能有潜在的危险。
Editas&公司总裁Katrine&Bosley表示，既然CRISPR有这么多的问题，合理控制对CRISPR的期望值就很重要。Editas是一家位于麻省剑桥，研发CRISPR介导的基因治疗的公司。Bosley是一位将新技术应用于商业化的行家，她表示，通常难点在于说服他人某一方法可行。“然而CRISPR往往相反，”她说。“有那么多惊喜和支持，然而我们也要切实认识到实现目标要做出的努力。”
农业中的CRISPR
当Anderson等人致力于修改人类细胞中的基因，其他人把目标对准了农作物与牲畜。在基因编辑技术出现之前，通常只能在基因组的随机位点中插入基因，以及来自细菌、病毒或其他物种的促进基因表达的序列。然而这一过程是低效的，并且，那些反对混合不同物种基因，或者担心插入基因可能会干扰其他基因的人士往往会攻击这一技术。更有甚者，转基因作物要获得批准既麻烦又昂贵，这导致大部分转基因作物都是大规模商业化的农作物，譬如玉米或大豆。
CRISPR技术可能会改变这种现状：CRISPR的便捷与廉价使得小规模种植的特殊作物和牲畜的基因组编辑变得可行。在过去的几年间，研究学者已经用这一方法改造出了小型猪（petite&pigs），并培育出了抗病小麦与大米。他们在改造无角牛（dehorned&cattle）、抗病山羊和高维生素甜橙方面也已经有了进展。Doudna预测，她的CRISPR改造物种清单会继续增长。她说，“这是个很有趣的机会，可以考虑实验或基因改造那些商业上不太重要，但从研究视角，或者作为家庭园艺蔬菜而言十分有趣的植物。”
CRISPR能精确编辑DNA序列的能力有利于更精确地改造基因，然而一旦推行，也会使得管理者与农民们更难鉴别出基因改造的物种。“有了基因编辑技术，就再也无法真正去追踪经过基因改造的物种，”罗利市北卡罗来纳州立大学研究科学政策的Jennifer&Kuzma说，“要检测出某一基因是通过传统方式突变的，还是遗传工程改造的，会很有难度。”
这为转基因作物敲响了警钟，并且也为致力于控制转基因动植物的国家提出了难题。在美国，食品药品监督管理局（FDA）目前既未批准任何供人类食用的转基因动物，也未公布管理转基因动物的措施。
根据现有的规定，并非所有经过基因组编辑的作物都需要美国农业部的管理（Nature&500,&389–390;&2013）。然而，在五月，农业部开始寻求提高转基因作物管理的方法——这一举措被许多人看成是该机构根据CRISPR之类的技术，重新评估自身作用的标志。“窗户已被打破了，”Kuzma说，“还不知道从会从窗外飞进来什么东西。然而打破窗子这事本身就就让人兴奋不已。”
改造生态系统
除了农业以外，研究学者还在思考CISPR能怎样，或者该怎样被应用于野生生物。一种一直倍受关注的方法叫做“基因驱动”（gene&drive），它能迅速地将改造后的基因传遍整个种群。这项工作尚处于早期阶段，然而类似技术可以被用来肃清致病的蚊子或虱子，消灭入侵植物，或者，扫除让一些美国农场主头疼不已的，具有除草剂抗性的野草。
一个物种中的遗传改变往往需要较长时间才能传遍整个种群。这是因为，一对染色体中的一条携带的突变仅仅被被半数后代遗传。然而基因驱动允许通过CRISPR导入单条染色体突变能够在每一代中自我复制到另一条染色体上，结果，几乎所有的后代都会遗传这一改变。这意味着它会以高于正常速度的指数级形式传遍种群（见《基因驱动》）——通过基因改造为蚊子植入的一个突变，就可能在一季时间内传遍一个巨大的种群。如果该突变能使蚊子的后代数量降低，那么蚊群就会与其携带的疟原虫一起灭绝。
然而很多研究者对改变或消灭整个种群表达了深切的忧虑，这可能会对生态系统造成深远的未知影响：譬如，这可能意味着其他害虫会滋长，或者，这可能会影响食物链顶端的捕食者。而研究者们同时也注意到，随着时间延长，引导RNA可能会突变，导致其靶向基因组的其他区域。这种突变随后也会传遍种群，而后果无法预料。
“它必须是高回报的，因为风险不可逆——并且对其他物种而言，后果不可预料，难以计算，”波士顿哈佛大学的生物工程学家George&Church说。2014年四月，Church协同一批科学家和政策专家在Science发表评论，警告研究学者们其中的风险，并提出建议，以避免实验性基因驱动的因事故而散播。
在当时，基因驱动似乎还遥不可及。然而不到一年，加州大学圣地亚哥分校的发育生物学家Valentino&Gantz报道了他们在果蝇中设计的此类系统。Bier与Gantz把果蝇装进三层盒子，并把实验室安全级别提高到应对致疟蚊虫的水准。然而他们并未遵守作者在评论中提出的所有指导意见，譬如，设计出一套方案来逆转基因改造。Bier说，他们当时正在进行首次理论验证实验，只是想验证系统是否成功，在此之前不想把事情搞复杂。
对于Church等人而言，这是一项明显的警告，告诫人们CRISPR基因组编辑的常规化使用可能会有无法预见的，事与愿违的结果。“由国家监管机构和国际组织来负责这件事是很有必要的——真正的负责，”&Kenneth&Oye说，他是麻省理工学院的政治学家，也是Science那篇评论的第一作者，“我们得采取更多行动。”&美国国家研究委员会已经组织了专门小组讨论基因驱动，而其他的高级别的讨论也正在展开。然而Oye担心，科学技术正在飞速发展，而监管措施可能在基因驱动大规模流行以后才能出台。
这并不是个是非分明的问题。来自学院站德克萨斯A&M大学的昆虫生态学家Micky&Eubanks表示，基因驱动的想法起初令他震惊。“我的第一反应是‘哦，天哪，这真可怕，太惊人了。’”他说。“然而当你再三思索，并且与那些我们已经造成并将继续造成的环境改变互相权衡，基因驱动只是沧海一粟罢了。”
一些研究学者在其他曾令人惊叹并担忧，随后又在萌芽期遇到麻烦而最终令人失望的新技术中，看到了CRISPR可以借鉴的经验教训。James&Wilson是费城宾夕法尼亚大学的医学遗传学家，20世纪90年代，他处在欣欣向荣的基因治疗的中心——结果却见证了基因疗法因为一次临床试验失败并杀死一位年轻人后走向了衰落。这个领域仓皇收场，仅在最近才开始恢复。CRISPR领域还很年轻，Wilson表示，也许需要好几年才能见识到它的潜力。“它还在发展阶段。这些想法有待成熟。”
然而，Wilson再次和CRISPR结了不解之缘。他说，除非自己的实验室开始摆弄CRISPR，否则他对于所有相关的保证都表示怀疑。“CRISPR终将在临床治疗中一展身手，”他说，“它委实妙不可言。”
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