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CRISPR基因编辑技术的应用、争议和未来

作者：暂无

来源：《科学中国人》2018年第10期

想象一下未来，父母可以定制宝宝的样子，选择未出世孩子的身高和眼睛颜色。所有特质

都可以根据个人喜好定制：家养宠物的大小，植物的寿命等。这听起来像是反乌托邦科幻小说，

但其实这并不是遥不可及。

2012年，科学家们首次发现CRISPR，并对CRISPR（也称为Cas9或CRISPR-Cas9）的应用

感到惊讶。CRISPR可能会彻底改变我们应对一些问题的方法，如癌症，食物短缺和器官移植。

在最近的报告中，CRISPR甚至可以被用作诊断疾病的工具。但是，与任何新技术一样，它也可

能会导致意想不到的问题。

不断变化的DNA将不可避免地导致一系列难以预想的后果。社会和各行业如果不了解

CRISPR的基础知识，就无法应用这项技术。接下来，让我们从其定义，应用和局限性深入了解

CRISPR。

什么是CRISPR？CRISPR是细菌遗传密码及其免疫系统的一个定义性特征，是细菌用来保护

自己免受病毒攻击的防御系统。它也存在于古生物界（单细胞微生物）中的生物体中。首字母

缩写词“CRISPR”——ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats。实质

上，它是一系列重复的DNA序列，并且这些DNA之间存在“spacers”。

简而言之，细菌利用这些基因序列来“记住”攻击它们的每种病毒。细菌会将病毒的DN

A整合到自己的细菌基因组中。这种病毒DNA最终成为CRISPR序列中的“spacers”。这种

防御系统可以在同种病毒再次发起攻击时给予细菌保护或免疫力。

总是位于CRISPR附近的基因，称为Cas（CRISPR相关）基因。一旦激活，这些基

因就会产生特殊的蛋白质，这些蛋白质是与CRISPR共同进化的酶。这些Cas酶能够充当

切割DNA的“分子剪刀”。

回顾一下，实际上，当病毒侵入细菌时，其独特的DNA会被整合到细菌基因组中的

CRISPR序列中。这意味着下一次病毒攻击时，细菌会记住它并发送RNA和Cas来定位和破坏病

毒。

虽然细菌中还有其他Cas酶在病毒攻击自己时会截断病毒，但Cas9是动物体内执行这

种任务的最佳酶。大众所熟知的术语CRISPR-Cas9是指切割动物（和人类）DNA的Cas酶

的种类。

为了更好的应用这项技术，研究人员增加了一个新的步骤：在CRISPRCas9切割D

NA后，携带“固定”基因的新DNA序列可以嵌入到新的间隔中。或者，切割可以同时“敲除”

不需要的基因，例如，导致疾病的基因。

换个更加形象的说法，CRISPRCas9类似于Word中的“查找和替换”功能：CRI

SPR-Cas9想要查找并更正遗传数据（或“单词”），用新材料替换它。或者，正如CRISPR

的先驱JenniferDoudna在其ACrackInCreation:GeneEditingandtheUnthinkablePower

toControlEvolution一书中所提到的那样，CRISPR就像一把瑞士军刀，我们的使用方式不同，

它发挥的功能也不同。

CRISPR研究的飞速发展，已经超越了基础DNA编辑。2017年12月，Salk研究所设

计了CRISPR-Cas9系统的不成熟版本，能够在没有编辑基因组的情况下激活或关闭目标基

因。展望未来，这种技术可以解决基因编辑永久性的问题。

CRISPR的应用

每个行业都可以利用CRISPR：它可以为人类疾病创造新的药物，帮助农民种植抗病作物，

创造新的动植物物种，甚至让灭绝的物种起死回生。

动物研究

自最初发现CRISPR以来，其应用的领域迅速扩大。虽然还处于早期阶段，但“动物模型”

（即实验室动物）已经向我们展示了如何操纵CRISPR技术。

小鼠是研究CRISPR治疗潜力的实验对象。拥有超过人类90%的基因，小鼠是哺乳动物中理

想的实验对象。小鼠实验表明，CRISPR可以消除与假肥大性肌营养不良（DMD）相关的缺陷

基因，抑制神经性舞蹈病蛋白质的形成并消除HIV感染。

2015年，中国