CRISPR并不完美，有脫靶、難以實現(xiàn)單堿基精確編輯之類的缺憾。大家期待更好的技術(shù)，一批生物學(xué)家也在CRISPR的榜樣激勵下另辟蹊徑，暗中競賽。

基因組編輯或許是今年最火熱的科學(xué)概念，不僅因為NgAgo技術(shù)爭議受人矚目，也因為基因組編輯造福人類的潛能，超過任何一種現(xiàn)代生物技術(shù)。在這一領(lǐng)域前沿，中國科學(xué)家舉足輕重。日前舉行的中國科協(xié)114期新觀點新學(xué)說學(xué)術(shù)沙龍上，全國一流的基因組編輯研究者，討論了這一新技術(shù)興起將帶來的沖擊。

微生物的剪刀，被人類拿來“咔嚓咔嚓”

CRISPR一次成本也就兩美元，而且它上手簡單，找個聰明的高中生到實驗室學(xué)習(xí)幾個星期也可以學(xué)會，就像在電腦上編稿子一樣。

中國科協(xié)的學(xué)術(shù)沙龍上，所有專家熱衷的技術(shù)就是CRISPR。CRISPR本來是微生物為保護自己演化出來的本領(lǐng)。這一系統(tǒng)存在于細菌體內(nèi)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它可以尋找和清除病毒基因：細菌把病毒基因的一小段存儲到自身DNA里一個叫CRISPR的存儲空間；再次遇到病毒入侵，細菌根據(jù)存寫的片段識別，切斷病毒DNA。

盡管利用細菌免疫系統(tǒng)來編輯基因，并非始于CRISPR。但科學(xué)家掌握了對蛋白Cas9的操作技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)復(fù)合物在RNA指導(dǎo)下定向?qū)ふ夷繕?biāo)DNA序列然后切除之的效率是最高的。而且對多種目標(biāo)細胞都有效。

在CRISPR之前，ZFN（鋅指核酸內(nèi)切酶）和TALEN（類轉(zhuǎn)錄激活因子效應(yīng)物核酸酶）是最為人稱道的兩種基因組編輯技術(shù)，大家也用它們在擬南芥、斑馬魚和許多生物上做了實驗。但CRISPR一蹦出地平線，前兩者相形失色。

ZFN和TALEN實驗要花費成千上萬美元，但CRISPR一次成本也就兩美元。而且它上手簡單，找個聰明的高中生到實驗室學(xué)習(xí)幾個星期也可以學(xué)會，就像在電腦上編稿子一樣。CRISPR技術(shù)迅速蔓延，覆蓋生物學(xué)界。在各國實驗室里，喜得了CRISPR這把微生物賜予的好剪刀，科學(xué)家興奮地埋頭在實驗室里“咔嚓咔嚓”，裁剪他們心儀的生命密碼。

生物學(xué)家喊“萬歲”，但仍想超越CRISPR

CRISPR并不完美，有脫靶、難以實現(xiàn)單堿基精確編輯之類的缺憾。大家期待更好的技術(shù)，“貪婪”地盯著任何可能成為“第四代”的好工具。

2012年來，科學(xué)家將CRISPR廣泛應(yīng)用于各種動植物，用來研發(fā)新動物品種充當(dāng)人類疾病研究模型，還用來直接修復(fù)基因治療人類遺傳病，四處開花。

CRISPR這么好用，難怪有學(xué)者喊出“CRISPR萬歲”，但也不是沒有人挑戰(zhàn)它。

20世紀(jì)70年代研究者用大腸桿菌和酵母中的酶去編輯基因，也叫基因打靶，是第一代基因組編輯技術(shù)；隨后是比它更高效、更普適的第二代基因組編輯技術(shù)；第三代基因組編輯技術(shù)CRISPR重組率高了許多，而且可做到無痕編輯。會不會有第四代呢？

CRISPR并不完美，有脫靶（目標(biāo)是修改某一段基因，結(jié)果同時修改了另一段）、難以實現(xiàn)單堿基精確編輯之類的缺憾。大家期待更好的技術(shù)，“貪婪”地盯著任何可能成為“第四代”的好工具；一批生物學(xué)家也在CRISPR的榜樣激勵下另辟蹊徑，暗中競賽。其中NgAgo就曾被寄予厚望，盡管后來被許多人稱之為無法重復(fù)。仍有不少學(xué)者堅持聲稱超越CRISPR的技術(shù)是遲早的事。

比如今年9月15日，中國南京大學(xué)發(fā)表了一項成果，用結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的內(nèi)切酶實現(xiàn)體內(nèi)外DNA任意序列的靶向和切割。這個新工具在科協(xié)學(xué)術(shù)沙龍上被行內(nèi)專家稱道，認(rèn)為有較大的優(yōu)化空間。

另一方面，較早的ZFN和TALEN也不能說被打敗，還有改進版技術(shù)推出，也陸續(xù)有成果發(fā)表。

讓CRISPR更抓人眼球的，是今年為爭奪CRISPR的專利權(quán)，幾家實驗室大打官司，互相詆毀，誰能笑到最后尚未可知。但毫無疑問，基因組編輯技術(shù)鋪就了一條金光大道。如果一項同樣好用的新技術(shù)能打破壟斷，對生物學(xué)家和消費者都是好事。

希望之光，“不治之癥”有救了？

CRISPR技術(shù)能很有效地改造人類胚胎，當(dāng)然也引起了“用基因組編輯技術(shù)來量身訂作完美嬰兒”的倫理憂思?？茖W(xué)家表示：為了病人的需要，這些實驗有必要進行，但是必須謹(jǐn)慎進行。

“基因組編輯對消費者的好處，典型例子就是：有些病原先治不好，現(xiàn)在可以治好了?！北本┐髮W(xué)研究員魏文勝在科協(xié)學(xué)術(shù)沙龍上說。

近一年來基因組編輯應(yīng)用于醫(yī)療的喜訊不斷：有醫(yī)生利用經(jīng)ZFNs基因組編輯技術(shù)改造的細胞株，成功治愈了一個小女孩的“不治之癥”——急性淋巴細胞性白血??；還有實驗室報告CRISPR可以治療利伯先天性黑朦病，一種遺傳性視力衰退疾??；也有團隊利用ZFNs技術(shù)定點改造免疫細胞的CCR5基因，企圖讓人免于感染艾滋病。

另外，2015年中國科學(xué)家用基因組編輯清除了細胞中的乙肝，為克服這一頑疾闖出了一條新路。

CRISPR技術(shù)能很有效地改造人類胚胎，當(dāng)然也引起了“用基因組編輯技術(shù)來量身訂作完美嬰兒”的倫理憂思。從現(xiàn)在技術(shù)進步的速度，醫(yī)生會具備這樣的能力。但醫(yī)學(xué)倫理未必會容忍他們做這樣的實驗。

不久前，瑞典生物學(xué)家弗雷德里克?蘭納團隊用CRISPR技術(shù)精準(zhǔn)改造了胚胎DNA做出了精準(zhǔn)改變，目標(biāo)是剛受精幾天、還處于發(fā)育早期的人類胚胎。蘭納使胚胎中的基因失去活性，以了解它們在早期發(fā)育中發(fā)揮什么樣的作用，希望理解不孕不育和流產(chǎn)的原因。這項實驗被批準(zhǔn)但仍引起反對。

2015年，中山大學(xué)副教授黃軍就編輯人類胚胎的β地中海貧血癥相關(guān)基因，引起世界關(guān)注。后來中國另一個團隊也嘗試編輯人類胚胎以抵御艾滋病毒感染。以上實驗使用的是缺陷胚胎：由于接受兩個精子包含了一組多余的染色體而不能正常發(fā)育。雖然實驗獲得批準(zhǔn)，但事后仍有一個中美聯(lián)合討論會議為此舉辦，表現(xiàn)了科學(xué)界對實驗倫理的謹(jǐn)慎。而在科協(xié)的學(xué)術(shù)沙龍上，相關(guān)科學(xué)家表示：為了病人的需要，這些實驗有必要進行，但是必須謹(jǐn)慎進行。

剪掉“壞片段”，制造更怡人的農(nóng)作物

如果僅有一段DNA序列被剪掉，沒有外來DNA插入，這種突變與天然突變并無區(qū)別。美國農(nóng)業(yè)部已表示基因組編輯農(nóng)作物不是轉(zhuǎn)基因，不需要監(jiān)管，可進入商業(yè)化進程。

新的基因組編輯技術(shù)，讓植物育種變得更簡單了。比起治療絕癥，更優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品可能會是基因組編輯帶給普通人的第一項福利。

如果僅有一段DNA序列被剪掉，沒有外來DNA插入，這種突變與天然突變并無區(qū)別，那就不是轉(zhuǎn)基因生物。這可能意味著種植基因組編輯的植物不用批準(zhǔn)。美國農(nóng)業(yè)部已表示基因組編輯農(nóng)作物不是轉(zhuǎn)基因，不需要監(jiān)管，可進入商業(yè)化進程。如2016年，美國種植了基因組編輯的蘑菇。使用CRISPR技術(shù)剪掉了讓香菇變褐色的DNA。新式香菇?jīng)]有導(dǎo)入外來基因，而是剔除掉“壞片段”，因此不算轉(zhuǎn)基因食品，規(guī)避了相關(guān)的麻煩。

不僅是地里長的東西可以被編輯基因。美國一支團隊用CRISPR改造的酵母菌，得到了牛奶中的酪蛋白，從而生產(chǎn)出非動物來源的奶酪。改造的酵母菌還有希望用來改善啤酒的口味。

在科協(xié)學(xué)術(shù)沙龍上，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授陳其軍列舉了一系列美國農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)不受監(jiān)管的基因組編輯加以改良的作物：小麥、水稻、糯玉米、蔬菜、蘑菇、卷心菜……這份名單會越拉越長。而經(jīng)過基因組編輯的馬鈴薯、玉米等很快會在美國上市。陳其軍認(rèn)為，基因組編輯農(nóng)作物是否能推廣，要看各國監(jiān)管的寬松程度。

“新的基因組編輯技術(shù)可以提供一個非常自由的平臺。生物學(xué)家的空間非常大?！敝锌圃簞游锼芯繂T王皓毅在科協(xié)沙龍上說，“相比于美國頂尖實驗室，我們的執(zhí)行力弱可能是一個困難。”

大北農(nóng)公司的專家楊進孝也在會上表示，中國實驗室執(zhí)行力比較弱的原因，是實驗人員多為學(xué)生，面臨畢業(yè)問題。他認(rèn)為，企業(yè)應(yīng)該通過服務(wù)的方式參與進來，這有利于中國科學(xué)家專心做技術(shù)。