【科技】全新基因编辑技术引起研究行业巨变

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美国旧金山格拉德顿研究所的遗传学家bruce conklin一直试图发现dna变异如何影响不同人类的疾病，但使用的工具有点重。 他研究来自患者的细胞时，不容易知道哪个序列对疾病非常重要，它们只是背景噪音。 然后，把突变种在细胞里是昂贵而费力的工作。

年，他通过阅览知道了最新发表的被称为crispr的技术。 研究者可以迅速改变包括人类在内的大部分生物的dna。 后来，conklin放弃了制作疾病模型，使用了这项新技术。 现在他的实验室狂热地改变着与各种心脏疾病相关的基因。 crispr带来了翻天覆地的变化。 conklin说。

这种情绪被广泛共享: crispr在生物医学研究行业引起了很大的变化。 因为与其他基因手段不同，它廉价、迅速、简单，席卷了世界实验室。 研究者想利用它调整人类基因来消除疾病，创造生命力更强的植物，同时消灭病原体。 从事科学研究以来，我经历了两次巨大的迅速发展。 康奈尔大学的遗传学家john schimenti说，就像1985年发明的革命性地改变了基因工程行业的基因扩增方法pcr一样，crispr以这样多种方式影响着生命科学。

但是，尽管crispr前景很好，一些科学家担心这个行业的快速发展步伐几乎没有时间来处理类似实验引起的伦理和安全问题。 今年4月科学家揭示了关于利用crispr改造人类胚胎的信息时，这个问题被聚光灯压了下来。 他们采用的胚胎不能使婴儿安全生育，但这一报道引起了关于是否采用crispr给人类基因组带来遗传变化的激烈争论。 而且，还有其他担心。 例如，一位科学家担心接受基因的生物体会扰乱整个生态系统。

引起研究革命。

长期以来，生物学家一直在利用分子工具基因组。 大约十年前，他们对能期待正确高效基因的被称为锌指核酸酶的酶感到兴奋。 但是马萨诸塞州布兰迪斯大学分子生物学家james haber说，消费5000美元以上订购的锌手指通常不使用，因为转基因不容易，消费非常高。 crispr利用诱导性rna分子诱导为目标dna，依赖于被称为cas9的酶，dna扰乱基因，插入期望的序列。 一般来说，研究者必须订购的只有rna片段，其他成分是现成的。 所有的消费都只有30美元这是因为每个人都采用了这项技术。 haber先生说，这确实是一场巨大的革命。

crispr的做法迅速超过了锌指核酸酶和其他工具。 对研究者来说，这意味着放弃几年来消费完全的技术。 我很忧郁。 英国欢迎基金会桑格学院研究所的遗传学家比尔Skarnes说，我很兴奋。 skarnes采用了自己职业生涯的大部分时间，1980年代引进的技术。 把dna插入胚胎干细胞，利用这些细胞生成转基因小鼠。 这项技术成为了实验室的主力，但很花时间，非常昂贵。 crispr几乎没有所需的时间。 因为这个skarnes两年前就使用了这个技术。

研究者以前就很依赖老鼠和果蝇等模型生物。 现在，crispr在越来越多的生物体中使基因成为可能。 例如，今年4月，马萨诸塞州白海生物医学研究所的研究人员报告说，利用crispr研究了念珠菌。 这在免疫联系变弱的人群中特别有致死性，但在实验室进行基因操作是不太容易的真菌。 加利福尼亚大学伯克利分校的crispr技术先驱jennifer doudna记录了由CrisR变更的生物清单。 到目前为止，她有病原寄生虫锥体虫和用于制造生物燃料的酵母菌等近40个项目。

但是，迅速的进步有自己的弊端。 人们没有时间说明这个系统中最基本的参数特征。 加利福尼亚大学旧金山分校的生物物理学家博黄说，现在只要它发挥作用，我们就不需要理解它是如何发挥作用的，也不需要理解它为什么发挥作用。 这意味着研究者偶尔会出故障。 黄和他的实验室奋斗了两个月，将crispr应用于成像研究。 他怀疑，如果越来越多的人理解诱变性rna的设计优化，延迟的时间就会越来越少。

被广泛应用

去年，麻省理工学院的生物工程师daniel anderson和同事在小鼠上使用crispr修正了与人代谢性疾病相关的变异tyrosinaemia。 这是首次利用crispr在成人动物体内校正病原突变，同时是将该技术应用于人类基因疗法的一大进步。

在科学和生物技术圈，crispr能加速基因治疗行业的迅速发展这一想法是第一个兴奋点。 但是，强调潜力，anderson的研究表明了真正应用这项技术有多远。 为了把cas9酶及其诱导性rna输送到目的器官肝脏，研究小组必须用泵输送被认为一般不应该存在于人体内的大量流体。 实验只对0.4%的细胞修正了病原突变，但这不足以影响许多疾病。

过去两年，某企业如雨后春笋般出现，开发了基于crispr的基因疗法。 anderson和其他人说这种疗法的第一次临床试验将在接下来的一两年内进行。 这些第一个实验可能会勾勒出crispr的应用场景。 也就是说，crispr成分可以直接注入眼睛等器官，或者细胞从人体中除去，在实验室进行基因改造后放回体内。 例如，形成血液的干细胞有可能被修正为镰状细胞性贫血症和&beta等治疗的地中海贫血等疾病。 将酶和诱导性rna送入其他许多组织是更大的挑战，但研究者希望有一天能把这种技术用于更大范围的遗传疾病。

在anderson和其他人试图修正人类细胞内的dna的时候，每个人都把目光投向了农作物和家畜。 在基因技术出现之前，这大多是通过在基因组的任意位置插入基因来实现的，也有从细菌、病毒、其他物种中驱动基因表达的序列。 但是，这个过程效率低下，同时来自不同物种的dna混合，或者这个插入成为可能扰乱其他基因的批评家的素材。 更重要的是，由于得到转基因作物的采用批准非常多，杂多消费量大，因此接受基因修正的是玉米和大豆等大型大宗商品作物。

有了crispr，形势就会改变:迅速而低价的钱可能会使基因成为更小型的特殊作物和动物的可行选择。 近年来，研究者利用这种方法对小型猪进行了基因改造，同时得到了抗病性小麦和水稻。 他们在通过基因改造得到无角牛、抵抗疾病的山羊和富含维生素的甜橙子等方面也有进步。

生态关系发生了变化

除了农业，研究者正在考虑crispr应该如何被用于野外生物体或被使用。 大部分观察力集中在被称为基因驱动的方法上。 因为它通过基因迅速传递到整个种群。 这个事业虽然处于初期阶段，但同样的技术被用于驱除携带疾病的蚊子和螨虫，去除入侵植物，去除折磨美国农民的枯草的除草剂耐性。

但是，许多研究者担心，如果改变整个种群或去除一切，生态系统将产生意想不到的灾难性后果。 这可能意味着其他害虫可能出现，或影响食物链上高位置的捕食者。 他们还担心诱变性rna会随着时间的推移而变异。 而且，这种突变席卷整个种群，产生意想不到的影响。

由于这种方法具有不可逆转的危险性和给其他物种带来的意想不到或难以预测的结果，因此必须获得相当高的收益率。 哈佛医学院的生物工程师george church说。 年4月，church、科学家和政策专家小组在《科学》杂志上写了评论文，警告研究者实验基因驱动意外泄露带来的风险，同时提出了防止此事发生的方法。

当时，基因驱动看起来还很遥远。 但是，不到一年，加利福尼亚大学圣地亚哥分校的发育生物学家ethan bier及其学生valentino gantz报告称，他们为果蝇设计了类似的系统。 bier和gantz利用三楼的箱子收容果蝇，同时使用了一般实验室的安全措施来研究携带疟疾的蚊子。 但是，他们并不遵循上述评论文案作者强烈推荐的所有指导，包括设计逆转基因改造带来的变化。 bier说，他们在开展第一个原理性实验的同时，想知道这个系统是否会在变得更复杂之前生效。

这对church和其他人来说，crispr带来的基因大众化会产生意想不到的结果和不想看到的结果，这是确实的警告。 麻省理工大学的政治学家kenneth oye说:“我们需要越来越多的行动。 美国国家研究委员会已经形成专家小组讨论基因驱动，其他高级别的讨论也在进行中。 但是，oye担心科学以闪电般的速度迅速发展，但监督管理上的变化可能只发生在基因驱动型的泄露被关注之后。

但是，这个问题既不黑也不白。 州农工大学昆虫生态学家micky eubanks说，基因驱动的提法最初使他吃惊。 我第一个本能的反应是&lsquo； 我的天，这太可怕了。 那太可怕了。 eubanks说，再想想，如果人类同时持续带来的环境变化和权衡，就会发现那只是沧海粟。