21世纪最强技术：彻底消灭遗传病；基因编辑食品或遍及全球

淡雅简约 2018-02-11

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过去几年来，“CRISPR”这六个字母一直占据着全球新闻头条。专家预测，这种基因编辑技术将彻底改变我们的星球，改变我们的社会和我们生活在一起的各类生物体。与其他基因工程技术相比，CRISPR（亦称CRISPR-Cas9）技术更加精确，且价格低廉易于应用，功能极其强大。在20世纪90年代早期发现并在七年后首次用于生化实验，如今CRISPR已经迅速成为人类生物学、农业和微生物学等领域中最受欢迎的基因编辑工具。

尽管如此，当前仍然处于探索CRISPR用以改变世界最初阶段，因改变DNA的序列——生命源代码而带来了许多道德层面的问题和担忧。以下是这一革命性技术最令人兴奋的用途以及我们可能遇到的障碍。

1. CRISPR可以纠正导致疾病的遗传错误

肥厚型心肌病（HCM）是一种较为常见的致命心脏病，每500人中就有一人深受其困扰。多种显性基因的突变导致心脏组织硬化，进而导致胸痛、无力，更甚者会出现心脏骤停的现象。由于近年来医疗的进步，HCM患者的平均预期寿命已经可以接近普通人群的平均寿命，但若不及时治疗，病情则会危及生命。

2017年夏，俄勒冈卫生与科学大学的科学家使用CRISPR技术删除了人类胚胎中的一些缺陷基因。结果显示：在受精后18小时注射了CRISPR-Cas9试剂的54个胚胎中，36个在该基因中没有显示任何突变（实际上没有发生该疾病的机会），13个是部分无突变（50%的继承机会）。为了进一步减少细胞发生突变的机会，研究人员进行了另一个实验。在受精时直接在胚胎中修正相同的基因，结果显示只有1个发生突变。俄勒冈健康与科学大学研究人员Shoukhrat Mitalipov说：“通过使用这种技术，可以减轻这种遗传性疾病对家庭和社会的负担。在胚胎发育的最早阶段捕捉突变将减少或消除晚些时候在患者生活中的治疗需求。” 总有一天，我们可能会使用基因编辑来彻底治愈这种疾病。

虽然一些干细胞科学家质疑这些突变是否确实得到修复，但该研究帮助科学家更好地理解CRISPR的功效。此外，HCM研究的共同作者之一已经表示有兴趣将相同的技术应用于增加乳腺癌风险的特定基因突变（BRCA1和2）。

科学家们知道，改变人类胚胎的遗传密码可能会产生意想不到的后果。如果CRISPR在错误的地方进行改变，并无意中改变或消除健康的基因，该怎么办？会如何影响病人？目前对人类胚胎进行基因编辑仍存争论。例如，在美国，食品和药物管理局（FDA）目前不考虑使用公共资金来研究可能遗传的基因（俄勒冈研究人员的研究中的胚胎不是用于植入的，而该研究是私人资助的）。在加拿大，编辑可传给子孙后代的基因是一种刑事犯罪，最高可判十年监禁。在英国，人类受精胚胎学管理局在伦敦授权一组科学家在伦敦编辑人类胚胎基因的许可证。英国科学家希望这将建立一个先例，并为未来的应用敞开大门。

2. CRISPR可以消除导致疾病的微生物

随着医疗水平的进步，虽然HIV携带者目前已经可以带病生存，但科学家们还没有找到完全治愈的办法。这种状况可能会随着CRISPR的应用而改变。2017年，中国研究人员通过复制一种能有效防止病毒进入细胞的基因突变,成功地提高了小鼠对 HIV 的抵抗力。而这种基因突变在小部分人群中可以自然发生，这部分人群对于HIV具有免疫力。通过使用CRISPR将突变导入缺乏自然免疫力的人群，可以在未来大大加强人类对艾滋病的抵抗能力。目前，科学家们只是在动物身上进行这些实验，但有理由相信相同的方法可以在人体中奏效。

中国的另一个基因编辑试验将于2018年7月开始，试图利用CRISPR来消除人类乳头状瘤病毒（HPV）的基因（一种已被证明会导致宫颈癌肿瘤生长的病毒）。北卡罗来纳州的科学家们使用CRISPR来编辑噬菌体，这是一种在细菌内部感染和复制的病毒，可以杀死有害细菌。自20世纪20年代以来，噬菌体已被用于临床试验来治疗细菌感染，但是从自然界获取这些噬菌体是困难的，由于当时对此缺乏了解，使得结果变得不可预测。随着抗生素市场的普及使得噬菌体的使用不受欢迎。即使在今天，一些研究人员仍然担心大量的噬菌体会引发免疫反应, 或者导致细菌对噬菌体产生抗药性。

尽管人体试验尚未开始，但研究人员对使用CRISPR来编辑噬菌体感到乐观，因为它们是治疗细菌感染的安全方法。事实上，在2017年的一个试验中，研究人员使用CRISPR编辑噬菌体拯救了细菌感染小鼠生命。

3. CRISPR可以复活物种

2017年2月，哈佛遗传学家George Church在美国科学促进会年会上发表了令人惊讶的声明。他声称他的团队距离研发出大象-猛犸象杂交胚胎仅需两年时间。Church和他的团队希望利用 CRISPR 技术创造出亚洲象与猛犸象遗传物质相结合的新物种。后者遗传基因来自西伯利亚发现的冷冻毛球中回收的 DNA。将猛犸象的基因组添加到亚洲象体内, 由此产生的生物体将具有与毛茸茸的猛犸象相似的特征，如长毛皮, 在寒冷的气候中可起到保温作用。最终目标是将这种杂交胚胎植入大象, 并足月分娩。

许多专家认为Church教授有些过于乐观。即使研究人员拥有一个功能性的混合胚胎，按照Church的建议将它种植在人造子宫内也是另一个需要克服的障碍。诚然，Church的实验室已经能够在一个人工子宫里面生长一个小鼠胚胎，但是这并不能保证我们将在未来几年见证大象猛犸象杂交物种的诞生。

4. CRISPR可以创造全新的、更健康的食物

编辑番茄植株的分支结构性状（和杂交育种）可显著提高产量。纽约冷泉港实验室研发了一种方法来编辑决定番茄大小、分枝结构的基因，用以提高番茄植株的产量。首席研究员兼冷泉港实验室教授Zachary Lippman表示，目前每个特性都可以通过调光开关控制灯泡的方式加以控制，相信这一方法可以突破产量限制。

为饥饿的世界提供高产作物只是开端，科学家希望CRISPR也能帮助人类摆脱转基因生物（GMOs）的困扰。转基因生物和基因编辑生物之间的区别非常简单：传统的转基因生物通过将外源DNA序列插入生物的基因组中，将性状或特性传递给子代生物体；而基因编辑可以更加精准地改变原生基因组特定位置的基因，通常会淘汰某些基因或改变它们的位置, 所有这些都没有引入外来的 DNA。

2016年，农业技术公司杜邦先锋宣布了CRISPR编辑玉米的新品种。尽管转基因生物在消费者中引发强烈争议，杜邦先锋等公司仍希望大众能更好地接受基因编辑食品。美国市场上已有数十年的转基因食物，科学家至今并没有发现存在健康风险。但最大的转基因生物支持者承认科学家们仍然不知道其所可能的长期风险，CRISPR编辑的作物也是如此。当然，科学家们会继续对这些作物进行测试和评估，以确保没有意外的副作用。最终，CRISPR编辑的作物可能会遍及全球市场。

5. CRISPR可以消灭地球上最危险的有害生物

像CRISPR这样的基因编辑技术可以直接对抗传染病，但一些研究人员已经决定通过消除传播手段来减缓疾病的传播。加利福尼亚大学的科学家研发出一种独特的蚊子, 它对 CRISPR 的变化非常敏感, 使科学家能够对这种有机体传给其后代的特性进行精准的控制。通过阻断蚊子多个目标基因, 该研究小组正在测试一种“基因驱动”系统来传播这些抑制性的特性。基因驱动是一种基本的方法来确保遗传特征被继承。通过削弱蚊子的飞行和视力，研究人员希望大大降低其在人类中传播危险传染病的能力, 如登革热和黄热病。