DNA的CRISPR技术却在近年大热,新型CRISPR/Cas系统将作为一种基因组编辑工具

生命科学院

基因编辑技术不是什么新鲜事,但可以编辑任何生物、任何细胞里的
DNA的CRISPR技术却在近年大热。

英国《自然》杂志12月21日发表一项生物学进展,报告了两种新型的CRISPR/Cas基因编辑系统。

CRISPR是什么?它指的是细菌细胞中“规律成簇的间隔短回文重复”(Clustered
Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)。通俗地说,它是一个 DNA
序列,是一段基因记忆。

CRISPR被称为“生物科学领域的游戏规则改变者”,现已发展成为该领域最炙手可热的研究工具之一。以往研究表明,通过介入,CRISPR能使基因组更有效地产生变化或突变,效率比既往基因编辑技术更高。现在,生物学家们正致力于用CRISPR探究治疗人类遗传疾病的方法,而这种突破性的技术就是通过一种名叫Cas9的特殊编程的酶发现、切除并取代DNA的特定部分。它来源于细菌,在细菌内帮助抵抗入侵的病毒。目前的系统都是来自人工培育的细菌,而大量未培养的原核生物也成为替代性基因编辑工具的潜在来源。

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此次,美国加州大学伯克利分校研究人员吉利安·本菲尔德及其同事,分析了上万新改造的基因组,这些基因组来自在地下水、土壤、婴儿肠道和其他各种环境中发现的微生物群落,结果研究人员发现了两种新型CRISPR/Cas系统,他们将其分别称为CRISPR/CasX和CRISPR/CasY。随后,这两种系统在CRISPR/Cas9系统的发现者之一詹妮弗·杜德纳的实验室接受了检测,其活性得到证实。

如今,科学家们有一种相对简单又廉价的方式来阅读、编写和编辑生命的构建模块,那就是名为CRISPR-Cas9的基因编辑技术。

新型CRISPR/Cas系统将作为一种基因组编辑工具,被研究人员广泛用于精准添加、删除或修改DNA片段。在CRISPR-Cas中的Cas,指的是在预定位置剪切双链DNA的DNA剪切酶。在最新的研究中,论文作者还报告了在古菌域首次发现Cas9,这一点尤为引人关注,因为过去认为,缺乏细胞核的原核生物都是没有此类系统的。

虽然面世不过五年时间,但CRISPR 所具备的那种瞄准和修改特定DNA
片段的能力已经极大地推动了医药和农业领域取得科学突破的速度。

科学家甚至尝试用CRISPR
技术来复活长毛象。包括比尔·盖茨和西恩·帕克在内的投资人以及医疗公司为CRISPR的研究投入了数百万美元,慈善事业也掏出数百万美元,以支持科学家们研究基因疾病的疗法;在中国,至少有七项人体临床试验在不断取得进展。

这一切都始于一个科学家小团队无意中发现一个已存在几千年的有机生物过程。

这个团队的之一是分子生物学家詹妮弗·杜德纳,她也是加州大学伯克利分校杜德纳实验室的负责人。

杜德纳合着了一本记录CRISPR
发展的新书《造物的裂痕:基因编辑及其控制进化的奇妙能力》(A Crack in
Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution)。

“CRISPR
是技术如何诞生的例子,”杜德纳说,“技术通常源自意想不到的地方。”然而,结果却可能是不可预知而且危险的,这促使她不断呼吁全球的人们用负责任的方式使用CRISPR。

让我们一起看看CRISPR技术发明者之一詹妮弗·杜德纳是如何描述这项技术的变革能力的。

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你能想象吗——能在厨房放几个月都不会腐烂的番茄,能更好地经受气候变化的植物,无法传播疟疾的蚊子,能与警察和士兵并肩作战的强壮犬类,还有不再长出头角的牛。

这些生物体听起来似乎很不可思议,但多亏了基因编辑,它们已经存在了。而这只是开始而已。我在写这段文字时,我们周围的世界正在被CRISPR
颠覆,无论我们是否已做好准备。

未来几年内,这门新的生物技术将为我们提供更高产量的农作物、更健康的家畜和更营养的食物。未来几十年内,我们可能会见到经过基因改造、可为人类供应人体器官的猪——我们还可能会造出长毛象、有翼蜥蜴和独角兽。我并不是在开玩笑。

我们即将迈入地球生命史的一个新纪元,意识到这一点让我感到惊奇。

在这个新时代,人类对地球上物种遗传组成的控制能力将达到前所未有的水平。过不了多久,我们将利用CRIPSR
使自然屈服于我们的意志,这是人类自史前时代就存在的梦想。

当这种意志指向具有建设性的事情,结果可能是十分美妙的——不过,这也可能导致一些无心或灾难性的后果。

科学界已经感受到了基因编辑植物和动物的影响。

比如,研究人员已经利用CRISPR
技术,更精准且更灵活地在动物身上生成人类疾病——不仅在老鼠身上,而是任何能地体现相关疾病的动物,比如让猴子患上自闭症,让猪患上帕金森,让雪貂患上流感。

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CRISPR
技术一个最有趣的方面在于它能让我们研究为某些生物体独有的特征,比如墨西哥蝾螈的肢体再生能力,鱼的衰老和甲壳类动物的骨骼发育。

我喜欢同事给我发的描述CRISPR
实验的笔记和图片,比如新发现的造就美丽蝴蝶翅膀图案的遗传因素,或者能够入侵人类组织的传染性酵母,对此,他们已经在个别基因的层面上将其切割。

这些实验揭示了自然界的新真相以及将所有生物体捆在一起的遗传相似性。这些发现令我特别兴奋。

另一方面,有些基因编辑应用听起来更像出自科幻小说而不是科学期刊。

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《X档案》描述 CRISPR 基因编辑

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