CRISPR技術的未來：五種基因編輯將改變世界

07-11

據國外媒體報道，在過去幾年裡，CRISPR是科學界耳熟能詳的一項基因編輯技術，一直佔據著新聞媒體的頭條。目前，專家預測稱，這種基因編輯技術將改變我們的星球，改變我們生活的社會和周圍的生物。與其他基因編輯工具相比，CRISPR（更專業的術語是CRISPR-Cas9）非常精準、廉價、易於使用，並且非常強大。

CRISPR技術的未來

據悉，CRISPR技術是在上世紀90年代初發現的，並在7年後首次用於生物化學實驗，迅速成為人類生物學、農業和微生物學等領域最流行的基因編輯工具。

科學家還在探索如何利用CRISPR技術使世界變得更好的早期階段，當然，改變DNA的能力（生命本身的源代碼），將帶來許多倫理問題和一些擔憂。還有一些令人興奮的科學應用，如何更有效地使用這種革命性技術，以及可能減緩或阻止這些技術發揮其全部潛能的障礙。

1.CRISPR技術可以糾正導致疾病的基因錯誤

肥厚型心肌病（HCM）是一種心臟疾病，影響著全球0.2%的居民，該患者群體將承受巨大的痛苦，而且該疾病會致命。一些顯性基因的突變導致心臟組織變粘稠，這可能導致胸痛、虛弱，嚴重的情況下會心臟驟停。由於近年來醫學技術快速發展，肥厚型心肌病患者的平均預期壽命現已接近普通人群的壽命，但如果不及時進行治療，會引發危及生命的情況。

但未來有一天，我們也許可以通過基因編輯來徹底治癒這種疾病。2017年夏季，美國俄勒岡健康與科學大學的科學家使用CRISPR技術刪除可生育人類胚胎中一個缺陷基因，這項研究為科學家們帶來了希望。他們在胚胎受精後18小時內注入結合CRISPR-Cas9技術機制的54個胚胎，其中36個胚胎並未顯示任何基因突變（實際上沒有形成這種疾病），13個胚胎部分沒有出現基因突變（遺傳肥厚型心肌病的概率為50%）。

在54個胚胎中僅有13個出現非目標基因突變和嵌合體（mosaics），這裡的嵌合體是指一些細胞發生了相應的變化，意味著一小部分人會基因變異。

為了進一步減少這些變化，研究人員進行了另一項實驗，他們在胚胎受精時直接對胚胎中相同的基因進行了校正。結果發現僅有一個嵌合體，這是一個令人印象深刻的實驗結果。使得這項研究比其他同類研究更有效（2015年中國科學家進行的一項臨床試驗中，無法消除嵌合體的可能性）。

該研究報告第一作者、俄勒岡健康與科學大學的研究員舒克拉特?米塔利波夫（Shoukhrat Mitalipov）說：「通過使用這項技術，我們有可能減輕這種遺傳性疾病對家庭造成的負擔，最終影響全人類。」在胚胎髮育早期階段發現這種基因，可以減少或者消除患者生命後期的治療需求。

儘管一些幹細胞科學家置疑是否這幾十個基因突變真實有效，但這項研究幫助科學家更好地理解CRISPR技術的有效性。此外，肥厚型心肌病研究報告合著作者表示，我們有興趣將這項技術應用於降低乳腺癌風險的特定基因突變（BRCA1 和BRCA2）。

這意味著，科學家們知道改變人類胚胎的遺傳代碼可能會產生意想不到的後果，如果CRISPR技術在錯誤的地方進行了修改，改變或者移除健康的基因，將會怎樣？這對患者會有什麼影響？

在世界上的一些地方，例如：中國，科學家們可以很大程度不受約束地對人類胚胎進行實驗，但在美國、加拿大和英國，情況卻並非如此。

在美國，當前食品和藥物管理局（FDA）並未考慮利用公共資金來研究那些可以遺傳的基因（俄勒岡州研究人員的研究工作並不是以移植為目的，該研究是由私人提供資金）。在加拿大，編輯基因遺傳給後代，是一種犯罪行為，最高刑罰可判處10年監禁。在英國，2016年，人類受精與胚胎管理局授權倫敦一支科學家小組獲得編輯人類胚胎基因的許可，英國科學家希望這將成為一個先例，並打開未來基因編輯應用的大門。

2.CRISPR技術可消除導致疾病的微生物

雖然艾滋病治療是從感染致命殺手病毒轉變為健康狀態，但是科學家仍沒有找到有效的解決辦法。這種狀況可能會隨著CRISPR技術的發展而改變，2017年，中國一支研究小組通過複製一種變異基因，有效地阻止病毒進入細胞，從而增大了老鼠對艾滋病毒的抗性。目前，科學家只在動物身體進行此類實驗，但有理由認為同樣的方法也適用於人類，這種基因突變可以增強人類對艾滋病毒的免疫力。

2018年7月開始，另一項基因編輯實驗將在中國進行，並將嘗試使用CRISPR技術來破壞人類乳突瘤病毒（HPV）的基因，並有效地摧毀病毒，據悉，人類乳突瘤病毒已被證實可促使宮頸癌腫瘤生長。

在一項略有不同的實驗中，美國北卡羅來納州的科學家使用CRISPR技術設計噬菌體，這是一種能在細菌內感染並複製自身的病毒，從而殺死有害細菌。自20世紀20年代以來，噬菌體已被用於臨床實驗，治療細菌感染。但是通過自然途徑採集它們是很困難的，因為當時缺乏對噬菌體的認知，並且無法預測結果，同時，抗生素市場的不斷增長使得噬菌體的應用逐漸不受歡迎。

甚至在今天，一些研究人員仍憂心忡忡，他們認為大量噬菌體侵入人體會引發免疫反應，或導致耐抗生素細菌對噬菌體產生抗藥性，否則就會消滅它們。

儘管人體試驗尚未開始，但是研究人員對使用CRISPR技術設計噬菌體保持樂觀態度，因為它們是一種經過驗證的、安全的治療細菌感染方法。事實上，在2017年的一項實驗中，研究人員使用CRISPR技術設計噬菌體拯救感染耐抗生素傳染病的老鼠生命。

3.CRISPR技術可以復活某些物種

2017年2月，哈佛大學遺傳學家喬治·丘奇（George Church）在美國科學促進協會年會上發表了一項令人驚訝的聲明，他表示自己帶領的研究團隊還有兩年時間就能成功培育出大象-猛獁雜交體胚胎。

丘奇在接受《新科學家》雜誌記者採訪時說：「我希望恢復多毛猛獁能夠阻止全球氣候轉暖，猛獁需要凍土帶生活環境，土地上存在著厚厚積雪和冷空氣。」

目前，丘奇和他的團隊希望利用CRISPR技術將亞洲象（一種潛在被拯救的瀕危物種）和猛獁的基因物質結合在一起，猛獁的基因物質樣本是通過西伯利亞冰凍毛團球中的DNA提取的。通過添加猛獁基因到亞洲象體內，最終該生物體將具有猛獁的普遍特徵，例如：長毛，在寒冷氣候下可起到保暖效果。最終目標是將這個雜交胚胎植入大象體內，並培育至分娩時期。

這項研究頗有希望，但是一些專家認為，丘奇的時間計劃表過於樂觀。即使研究人員能夠培育功能完全的雜交體胚胎，像他預想的那樣，在一個人造子宮中生長發育，仍是一個需要克服的障礙。當然，丘奇的實驗室現在能夠在人造子宮中培育出一個妊娠期一半的老鼠胚胎，大約發育10天左右。但目前並不能保證未來幾年之內能夠見證猛獁的誕生。

4.CRISPR技術可培育更健康的新型食物

CRISPR基因編輯技術被證實在農業研究領域具有發展前途，美國紐約冷泉港實驗室科學家使用CRISPR工具能夠增大番茄產量，該實驗室開發一種方法能夠編輯基因，確定番茄的大小，分枝結構以及最大產量時番茄的外形。

冷泉港實驗室扎卡里·利普曼（Zachary Lippman）教授在一篇新聞稿中稱，農作物的每個特徵能夠以電燈變光開關方式進行控制，目前我們可以使用原生DNA，增強其自然屬性，這將幫助我們突破產量障礙。

滿足飢餓人群的高產農作物僅是一個開始，科學家希望CRISPR技術能夠幫助擺脫轉基因生物（GMOs）的「污名」。2016年，杜邦先鋒農業科技公司宣稱，最新培育一種新品種CRISPR基因編輯玉米，因為研究人員改變了它的基因，因此從技術上講，它並不是轉基因農作物。

轉基因生物和基因編輯作物之間的區別非常簡單，傳統的轉基因生物是通過植入外來DNA序列進入玉米基因，傳遞其特徵或者屬性至未來的有機生物。基因編輯比這種技術更加精確：它對本地基因組的特殊位置基因進行精準改變，經常破壞某些基因或者改變它們的位置，這些都不會引入外來DNA。

雖然轉基因生物在消費者之間存在爭議，但是杜邦先鋒等公司能夠更好地認識基因編輯食物。據悉，轉基因生物在美國市場已存在幾十年時間，科學家未探測到任何風險，儘管轉基因生物的最大支持者承認，科學家仍不清楚所有的長期風險。

CRISPR技術編輯的農作物也是如此，當然，科學家將繼續測試和評估這些農作物，從而確保不會出現預料之外的副作用，但是這項早期研究仍具有較大的發展前景。最終，CRISPR技術編輯的農作物很可能快速佔據全球市場。

杜邦先鋒農業科技公司希望到2020年將其「蠟質」基因編輯玉米投入美國市場，據悉，一種基因編輯蘑菇已繞過美國農業部的規定，它並不包含來自病毒或者細菌的外來DNA，並成為首個亮綠燈的CRISPR技術編輯生物體。瑞典現已宣布，將對CRISPR技術編輯農作物進行分類和調控，其方法不同於轉基因生物，但是歐盟委員會尚未選定其立場。

5.CRISPR技術將根除地球最危險的害蟲

像CRISPR的基因編輯技術可以直接對抗傳染性疾病，但是一些研究人員決定通過消除其傳播方式來降低疾病的蔓延擴散。美國加州大學裡弗賽德分校科學家培育出一種蚊子，它們對於CRISPR技術產生的變化非常敏感，這將便於科學家前所未有地控制傳遞至後代的生物遺傳特徵。研究結果顯示，通過改變眼睛、翅膀和角質膜發育的基因，最終培育出身體黃色、三眼、無翅蚊子。

通過打亂蚊子基因多個位置的目標基因，研究小組正在測試「基因驅動系統」，來繼承傳遞這些抑制性特徵。基因驅動是一種本質上確保基因特徵能夠繼承的方式，通過削弱蚊子的飛行能力和視力，加州大學裡弗賽德分校科學家希望大幅降低蚊子在人類傳播危險傳染病的能力，例如：登革熱和黃熱病。

其他研究人員通過阻礙蚊子繁殖能力試圖消滅它們，2016年，倫敦帝國理工學院一組研究人員使用CRISPR技術來研究攜帶瘧疾的雌蚊的繁殖方式，通過基因驅動系統影響雌性不育特徵，使該特徵更有可能遺傳給後代。

但是干擾蚊子的數量可能會帶來無法預料的結果，消滅一個物種，即使是一個看似沒有太多生態價值的物種，也會破壞生態系統的微妙平衡。這可能產生災難性的後果，例如：破壞食物鏈或者增大瘧疾等疾病在完全不同物中之間的傳播擴散。

CRISPR技術的未來

目前先進的科學技術表明，CRISPR技術不僅是一種作用極廣泛的技術，也被證實具有非常高的精確性，並且可以安全使用。但是許多科技進展僅是剛剛開始，像CRISPR-Cas9這樣的基因編輯技術將具有充足的潛力有待挖掘。

技術和倫理障礙是未來基因編輯技術發展必須正確面對的，我們需要種植轉基因農作物提高產量、消除基因疾病、或者復活一些滅絕物種，但是我們正在前進的道路上。