能徹底治癒癌症的基因編輯技術，是否會改寫人類未來？

　　2018-01-30 20:14基因/技術/人類

　　

　　基因編輯是一種怎樣的技術？為什麼說它會改寫人類的未來？

　　在過去五年裡，被稱為CRISPR的基因編輯技術徹底改變了現代生物學的面貌和發展步伐。科學家已經發表了5000多篇跟CRISPR有關的論文，生物醫學研究人員越來越多地利用它創建更好的疾病模型。此外，還有不計其數的公司湧現出來，試圖對基於該技術的新葯、治療手段、食品、化學品和材料進行商業化運作。

　　許多專家和投資者都認為基因編輯具有類似「手術刀」的潛力，可以從根本上治療從癌症到罕見遺傳病的大量疾病。基因編輯技術可能代表了藥物研發的新紀元。大量創新公司正在引領基因編輯治療產品的開發工作，並吸引了來自風險投資機構和製藥公司的大量投資。

　　一般來說，當我們提到CRISPR時，我們實際上指的是CRISPR/Cas9，這是由單股RNA短鏈以及能夠高效切割DNA的酶組成的核糖體蛋白複合物。它之於生物學和醫學的意義就猶如福特T型車之於製造業和交通運輸業，即普及了一種革命性技術，並在此過程中顛覆了現狀。CRISPR已經被用於治療人類癌症，而利用它治療遺傳性疾病最快可能在2018年進入臨床試驗階段。

　　

　　但跟T型車一樣，經典版本的CRISPR有些笨拙、不可靠，而且還有點危險。它無法靶向到基因組的任意位置，有時候它會在錯誤的地方切割。而且，它沒有「關閉」選項。如果說T型車的問題是容易過熱，那麼CRISPR的問題就是容易過度切割。

　　即使存在這些局限，CRISPR仍將繼續成為2018年及以後科學研究的主力工具。但今年，更新穎、更閃亮的基因編輯工具開始亮相，有望超越第一代的CRISPR。所以，如果你才剛剛搞明白CRISPR是怎麼回事，那麼請做好準備吧，因為基因編輯2.0已經來了。

　　動力轉向

　　CRISPR的靶向切割動作是其關鍵特徵，但當Cas9切割一個生物體的雙股DNA時，這個基因編輯器會引入一種風險因素：細胞在修復那樣巨大的基因損傷時可能會犯錯。這就是為什麼科學家一直在設計新方法，以期用更安全的方式達到相同的效果。

　　一種方法是讓Cas9酶產生突變，使其仍能與DNA結合，但讓「剪刀」不再發揮作用。然後，其他蛋白（比如那些能夠激活基因表達的蛋白）便可以跟廢了武功的Cas9結合，讓它們在不改變DNA序列的情況下打開或關閉基因（有時候還會發出光或化學信號）。

　　

　　來自哈佛大學和博德研究所的其他科學家一直在對CRISPR系統進行更為大膽的調整：編輯單個鹼基對，一次一個。為了做到這一點，他們不得不設計出一種在自然界中不存在的全新的酶，它可以通過化學機制把A-T核苷酸對轉化為G-C核苷酸對。這是一個可能帶來巨大影響的微小變化。哈佛大學華裔化學家大衛·劉（David Liu）領導的實驗室正在從事這項研究工作，據他估計，在人體已知的32,000種致病性點突變中，大約有一半可以通過這種單個轉換來進行修復。

　　「我不希望讓公眾產生一種錯誤的觀點，認為我們可以把任何人或任何動物乃至培養皿中任何細胞的任何DNA序列轉換為任何其他DNA序列，」大衛·劉說，「但即使在我們如今所處的位置，我們也承擔著很大的責任。這裡的重大問題在於，這個階段還將發展出多大的能力？以及我們能夠多快地把這些技術進步轉化為社會效益？」

　　踩下剎車

　　細菌進化出CRISPR是把它作為一種原生的防禦機制，它的作用就是找出外源DNA並徹底根除。這相當於汽車只有油門，沒有剎車，這具有潛在的危險性，尤其是對臨床應用而言。CRISPR在細胞中停留的時間越長，它找到某種看起來像是目標的基因並將之切除的機會就越多。

　　

　　為了盡量減少這些所謂的脫靶效應，科學家已經開發出了一些新的工具，以更嚴密控制CRISPR的活動。到目前為止，研究人員已經找到了21種獨特的天然抗CRISPR蛋白，這些小分子能夠阻斷CRISPR。

　　在醫學應用之外，這些「剎車」技術對基因驅動的持續發展也將是至關重要的，這種基因編輯技術能夠快速在種群間傳播特定的基因修飾。能夠以某種方式推動進化，這將讓我們擁有一件強有力的工具，來對抗從疾病到氣候變化的各種威脅。研究人員正在考慮利用基因驅動滅絕傳播瘧疾的蚊子，以及根除有害的入侵物種。但是，在大自然中，基因驅動有可能失去控制，並可能帶來可怕的後果。

　　

　　只有時間才能證明CRISPR-Cas9系統是不是最好的基因編輯工具，抑或只是一場科學變革的開端。對於不同的應用領域，科學家還需要大量的研究才能確定什麼工具才最合適，目前能做的，或許只有同時推進所有這些系統的研究。要想把基因編輯技術應用到人類疾病治療、農作物培育以及攜病昆蟲的防治上，可能還需要許多年的時間。

　　毋容置疑的是，基因編輯作為人類歷史上的重大範式轉變，對未來的影響是顛覆性的。

　　明晚19:30造就Talk【生命的奧義】，中科院生物化學與細胞生物學研究所研究員、博士生導師吳立剛將帶來演講「基因編輯，你準備好了嗎」。

　　你認為基因編輯技術，將給人類帶來哪些可能性？

　　編輯丨Liz

　　翻譯丨何無魚

　　校對丨其奇、LUSEN

　　稿源丨WIRED

　　

　　2017年，克隆猴在上海誕生。

　　在它身後的生命科學，風馳霆擊，雄心萬丈。

　　人造子宮、再生醫療、幹細胞移植、基因組編輯……

　　你我，會被帶向何方？

　　1月31日，「造就學者」特邀復旦大學生命科學學院與中國科學院上海生命科學研究院的專家學者，為我們帶來【生命的奧義】。

　　本場門票收入將全部捐給「復旦大學鍾揚教授基金」。該基金用於鼓勵在生物多樣性保護、支援西部教育事業發展等領域作出突出貢獻的師生。

　　立即預約直播

　　

　　

　　

　　戳原文，預約本場活動直播！