完全基因敲除杨璐菡如何敲除基因，基因小鼠敲除 _睿知

基因编辑技术是什么？它是如何在医学领域应用的？
随着基因编辑技术的发展，已经发展到第三代基因编辑技术。第三代基因技术CRISPR/Cas克服了传统基因操作周期长、效率低、应用面窄的缺点。CRISPR/Cas作为一种新兴的基因组编辑工具，可以完成面向RNA的DNA识别和编辑。通过序列特异性的导向RNA分子，可以将核酸内切酶导向目标序列，从而完成精确的基因组编辑。由于操作简单、成本低、效率高，近年来成为热门的基因编辑方法，在模式生物研究、医疗、植物作物、农牧业等领域得到了广泛应用。1磨砺CRISPR的利器，加速科学发现。CRISPR/Cas9的出现给了研究人员无限的想象可能。基于CRISPR/Cas9的技术已经广泛应用于世界各地的实验室。这里主要介绍一下最常用的应用。早期，研究人员通过同源重组(HR)介导的基因打靶技术实现了基因编辑，但由于效率较低，其应用受到很大限制。为了克服这个问题，一系列由核酸内切酶介导的基因编辑技术被开发出来。这些内切酶切割特定的基因组序列，并通过非同源末端连接或同源重组修复等细胞自我修复系统，从而改变基因组序列。锌指核酸内切酶(ZFNs)、转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)和sgRNA介导的Cas9核酸内切酶就是基于这一原理工作的。锌核酸内切酶(ZFNs)和转录激活因子样效应核酸酶(TALENs)都可以识别特定的DNA序列，并通过蛋白质-DNA相互作用切割基因组上的特定位点，但由于效率低、潜在位点少和成本高，它们的应用受到很大限制。直到CRISPR/Cas9系统的出现，研究人员才找到了一种成本低、效率高、使用简单的基因编辑工具。CRISPR/Cas9出现后，研究人员首先想到的是将其应用于基因编辑。根据目的基因的外显子序列，设计单个指导RNA(sgRNA),与含有Cas9编码序列的质粒一起转入细胞。sgRNA通过碱基互补配对的原理引导Cas9蛋白靶向靶DNA序列，Cas9蛋白会在这个位点切割DNA 。DNA双链断裂(DSB)引起。此时，细胞通过非同源末端连接修复(NHEJ)来修复自身DNA，这往往会导致基因移码突变和基因敲除。或者，针对目标基因的上下游序列设计一个sgRNA，导致基因的上下游同时发生DSB，然后断裂的上下游两端的DNA通过DNA损伤修复机制连接在一起，导致DNA片段的缺失。在此基础上，如果将修复的模板质粒导入细胞，细胞将通过与该模板的同源重组而被修复。如果引入的修复模板是要插入的基因，该基因可以在特定位置敲入。2魔法DCS9多功能工具包随着对Cas9研究的深入，Cas9功能的结构基础也逐渐清晰。当Cas9具有切割DNA的功能时，其两个结构域起重要作用，即RuvC和HNH，其中HNH结构负责切割sgRNA的互补链，切割位点位于PAM5’端第三个碱基外。RuvC结构域负责切割非互补链，切割位点在PAM上游3-8个碱基之间。当它们同时突变和失活时，会产生失去DNA切割活性的Cas9蛋白(DCS9) 。DCS9虽然失去了DNA切割能力，但仍能在sgRNA的指导下到达指定的DNA序列，这正是基于sgRNA-dCas9复合物的这一特性。如果在dCas9上融合不同功能的结构域，可以在特定的DNA区域进行不同的修饰，形成基于CRISPR/dCas9的工具包。
脑洞大的科学家利用dCas9蛋白开发出了各种用途的工具，可以说是充分利用了CRISPR/dCas9 。这里，我们举几个简单的例子。例如，研究人员针对目标基因的启动子序列设计了sgRNA，使sgRNA-dCas9复合物可以靶向目标基因的启动子，dCas9蛋白带来的空间位阻可以干扰转录因子的结合。从而在转录水平上诱导干扰基因表达的效应。在此基础上，为了达到更好的干扰效果，一些可以触发基因转录抑制的结构域也被融合到dCas9蛋白中，如KRAB(Krppel-associatedbox) 。既然基因表达的干扰可以通过CRISPR/dCas9实现，那么我们是否也可以通过CRISPR/dCas9激活基因表达呢？答案是肯定的。研究人员将vp64(四系vp16)、p65AD(p65激活域)等结构域融合到dCas9中，促进基因转录，从而实现基因的内源性激活。经过各种优化，如通过建立基于CRISPR/dCas9的基因表达干扰和内源激活工具，由vp64、p65AD和VPR(爱泼斯坦-巴尔病毒R反式激活子Rta47)组成的三重结构域(dCas9-VPR)，研究人员对基因功能研究等工作有了更简单、更高效、更低成本的研究工具。这在很大程度上为科研人员节省了时间和成本。3精准编辑表观遗传学修饰表观遗传学研究是近年来非常热门的领域。DNA甲基化、组蛋白乙酰化等。都在生物体内发挥着重要的生物学功能，CRISPR/dCas9也成为表观遗传学研究中非常有力的工具。例如，CRISPR/dCas9介导的靶向DNA甲基化，我们知道DNA甲基转移酶(DNMTs)在DNA甲基化过程中起着关键的催化作用，并且
且大部分DNA甲基化都发生在CpG岛，因此研究人员尝试着将DNMTs的催化结构域融合到dCas9上形成dCas9-Dnmt3a3L，并通过sgRNA的引导靶向目标DNA序列的CpG附近催化其甲基化，以实现DNA甲基化的定点编辑。相似地，研究人员将在DNA去甲基化过程中起关键催化作用的TET1蛋白的催化结构域融合到dCas9上形成dCas9-TET1，同样的通过sgRNA的引导靶向目标DNA序列的CpG附近，可以实现去甲基化修饰。再如CRISPR/dCas9介导的靶向组蛋白修饰，与靶向DNA甲基化修饰相似，一些和组蛋白修饰相关的酶包括组蛋白去甲基化酶（LSD1/KDM1A）、组蛋白乙酰转移酶以及组蛋白甲基转移酶等也被融合到dCas9蛋白上，以实现靶向组蛋白修饰。除以上的应用外，CRISPR/dCas9还被用于其他多个领域，比如将EGFP融合到dCas9上，通过sgRNA靶向特定DNA序列实现基因组成像。此外，还有研究人员开发出基于CRISPR/dCas9的enChIP技术，以来探测特定基因组区域上的DNA-蛋白质相互作用，通过sgRNA靶向特定基因组基因座的标记dCas9的抗体免疫沉淀，之后通过蛋白质谱（enChIP-MS），鉴定与之特异性相互作用的蛋白质。这些工具的开发都极大地帮助了科研人员，使得之前无法实现的操作成为可能，推动了生命科学的快速发展。4 基因及药物靶标基因的确定以往基于ZFN或TALENs的基因组编辑技术，需要针对DNA靶序列设计蛋白质，而CRISPR技术仅需要根据不同的靶序列合成相应的80nt左右的sgRNA来引导Cas9蛋白对序列进行修饰，这就实现了基因编辑技术的高通量应用。CRISPR全基因组筛选技术可用于必需基因及药物靶标基因鉴定。多伦多大学Jason Moffa研究组建立了覆盖全基因组gRNA库并在5个细胞系中逐个敲除了1.8万个基因，最后鉴定出在不同细胞系间保守的1580个必需基因构成的“core fitness genes” 。同样，美国达纳-法伯癌症研究所W. Nick Haining研究组通过CRISPR/Cas9系统性地敲除了黑色素瘤细胞的2368个基因，发现ptpn2基因缺失会使这些癌细胞对PD-1阻断更加敏感。华盛顿大学医学院Michael Diamond研究组利用CRISPR/Cas9鉴定在宿主细胞中坚定了黄病毒感染所绝对必需的9个基因，其中spcs1基因缺失时，不仅降低黄病毒感染率，而且对细胞也不产生副作用，这将是一个潜在的黄病毒药物靶标。5 疾病建模及器官供体产生CRISPR/Cas9作为新一代基因编辑技术，同样可被应用于建立疾病模型及培育供体器官。基因治疗可实现在患者自身细胞中纠正遗传缺陷，并结合其他生物学技术在体外培育出组织特异性的“类器官”，对于疾病建模、药物筛查及临床治疗等方面研究有极大意义。CRISPR介导的基因组编辑技术可以直接应用于非人类哺乳动物的疾病模型建立，将更有利于疾病致病机理和治愈研究。此外，CRISPR技术还可应用于大型动物的基因编辑以研究免疫排斥及跨物种的疾病传染，从而解决异种移植器官来源的瓶颈，猪被认为是人体异种器官来源的首选动物，而目前猪器官用于人类的主要障碍为免疫排斥反应，及猪内源性逆转录病毒（Porcine endogenous retroviruses, PERVs）带来的医疗风险问题。eGenesis公司杨璐菡博士与哈佛大学George Church教授利用CRISPR进行基因改造一步让62个PERV pol 基因关闭，因而将来自PERV的传染风险降低了三个数量级，成功培育出不含PERVs的猪品系，作为安全有效的异种移植器官来源，这些研究让猪成为病人的器官来源更有前景。6 基因疗法基因编辑技术可以准确地改造人类基因，达到基因治疗效果。中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李劲松研究组通过在小鼠胚胎中注射CRISPR/Cas9纠正白内障小鼠模型中的遗传缺陷，所产生的后代是可育的并能将修正后的等位基因传递给它们的后代。杜氏肌营养不良（DMD）是一种罕见的肌肉萎缩症，也是最常见的致命性遗传病之一，是由肌营养不良蛋白dystrophin基因突变引起。杜克大学Charles Gersbach研究组应用CRISPR/Cas9在DMD小鼠中将dystrophin基因突变的23外显子剪切，而合成了一个截短的但功能很强的抗肌萎缩蛋白，这是生物学家“首次成功地利用CRISPR基因编辑技术治愈了一只成年活体哺乳动物的遗传疾病” 。? CAR-T治疗简图，图片来自onclive.com基因编辑技术联合免疫疗法在肿瘤及HIV/AIDS治疗具有广泛的应用前景。嵌合抗原受体T细胞（Chimeric Antigen Receptor T cell，CAR-T）细胞治疗是非常有前景的肿瘤治疗方法。CAR-T细胞疗法在B细胞恶性血液肿瘤治疗中已经取得硕果。中科院动物研究所王皓毅研究组利用CRISPR/Cas9技术在CAR-T细胞中进行双基因（TCRα subunit constant 和beta-2 microglobulin）或三基因（TRAC，B2M及programmed death-1）敲除。美国斯隆凯特林癌症纪念中心Michel Sadelain研究组发现CRISPR/Cas9技术将CAR基因特异性靶向插入到细胞的TRAC基因座位点，极大增强了T细胞效力，编辑的细胞大大优于传统在急性淋巴细胞白血病小鼠模型中产生CAR-T细胞。继诺华的Kymriah以及Gilead （kite Pharma）的Yescarta接连上市，CRISPR Therapeutics公司也在应用CRISPR/Cas9基因编辑技术开发同种异体CAR-T候选产品。2016年10月，四川大学华西医院的肿瘤医生卢铀领导的一个团队首次在人体中开展CRISPR试验，从晚期非小细胞肺癌患者体内提取出免疫细胞，再利用CRISPR/Cas9技术剔除细胞中的PD-1基因更有助于激活T细胞去攻击肿瘤细胞，最后将基因编辑过的细胞重新注入患者体内。7 致病菌及抗病毒研究微生物种群与人体医学，自然环境息息相关。北卡罗来纳大学Rodolphe Barrangou与Chase L. Beisel合作通过使用基因组靶向CRISPR/Cas9系统可靶向并区分高度密切相关的微生物，并程序性去除细菌菌株，意味着CRISPR/Cas9系统可开发成精细微生物治疗体系来剔除有害致病菌，人类将有可能精确控制微生物群体的组成。以色列特拉维夫大学Udi Qimron将CRISPR系统导入温和噬菌体中在侵染具有抗生素抗性的细菌以消灭此类细菌，CRISPR系统已具有成为新一类抗生素的潜力。Locus BioSciences公司也在开发在噬菌体中开发CRISPR系统以达消灭难辨梭菌的目的。弗吉尼亚理工大学Zhijian Tu研究组在雄蚊子中进行M因子基因编辑，可以导致雌雄蚊之间的转化或雌蚊的杀戮，从而实现有效的性别分离和有效减少蚊子的数量，也将减少寨卡病毒及疟疾等传播。基于CRISPR治疗不仅可以应用于根除共生菌或有益菌群的病原体，也可应用于靶向人类病毒，包括HIV-1，疱疹病毒，乳头瘤病毒及乙型肝炎病毒等。具有纯合的32-bp缺失（Δ32）的CC趋化因子受体5型（CCR5）基因的患者对HIV感染具有抗性。因此加利福尼亚大学Yuet Wai Kan在诱导多能干细胞iPSC中利用CRISPR系统引入纯合CCR5Δ32突变后，诱导分化后的单核细胞和巨噬细胞对HIV感染具有抗性。天普大学Kamel Khalili 课题组应用CRISPR/Cas9系统在宿主细胞基因组中精确编辑HIV-1 LTR U3区，从而在将艾滋病病毒从基因组中剔除。8 核酸诊断及细胞事件记录Cas12a （Cpf1）属于CRISPR家族另一核酸内切酶，它也可被gRNA引导并剪切DNA 。但是，它不仅可以切割相结合的单链或双链DNA，也剪切其他的DNA 。近日，加州大学伯克利分校Jennifer Doudna研究组开发了基于CRISPR的一项新技能——基因侦探（DNA Endonuclease Targeted CRISPR Trans Reporter (DETECTR)）。利用单链DNA将荧光分子和淬灭分子连接构建成一个报告系统，当CRISPR-Cas12a在gRNA引导下结合到目标DNA并发挥剪切作用时，报告系统中的DNA也被剪切，荧光分子将被解除抑制。此系统在致癌性HPV的人的DNA样品检测HPV16和HPV18变现极佳。布罗德研究所Feng Zhang研究组开发的基于CRISPR的2代SHERLOCK （Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing），原理是利用Cas13a被激活后，可以切割除靶序列外其他的RNA的特征，引入了解除荧光分子的抑制。此工具可实现一次性多重核酸检测，可同时检测4种靶标分子，额外添加的Csm6使得这种工具比它的前身具有更高的灵敏度，并将它开发成微型试纸条检测方法，简单明了易操作，已被研究人员成功应用于RNA病毒，如登革热病毒和寨卡病毒，及人体液样本检测。Broad研究所David R. Liu研究组利用CRISPR/Cas9开发了一种被称为CAMERA（CRISPR-mediated analog multi-event recording apparatus）的记录细胞事件的“黑匣子”他们利用这个系统开发出两种细胞记录系统，在第一种被称为“CAMERA 1”的细胞记录系统中，研究人员利用细菌中质粒的自我复制但又严格控制其自身数量的特征，将两种彼此之间略有不同的质粒以稳定的比例转化到细菌中，随后在接触到外来药物刺激时，利用CRISPR/Cas9对这两种质粒中的一种进行切割，通过对质粒进行测序并记录两种质粒比例的变化来记录细菌接触外来刺激的时间。另一种细胞记录系统被称为“CAMERA 2”，它利用基于CRISPR/Cas9的碱基编辑系统实现在细胞内特定信号发生时改变遗传序列中的单个碱基，以此实现对诸如感染病毒、接触营养物等刺激的记录。这套技术的出现将很大程度的帮助人们进一步了解细胞的各类生命活动的发生发展规律。9 人类胚胎基因组编辑2015 年 4 月，中山大学的黄军利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，同源重组修复了胚胎中一个引发地中海贫血β-globin gene （HBB）的突变。? 图片来自kurzgesagt.org2016年，广州医科大学的范勇团队在三原核受精卵中，应用基因编辑技术CRISPR受精卵中的基因CCR5进行编辑引入CCR5Δ32纯合突变由于当时脱靶效率问题突出，产生了镶嵌式的受精卵。2017年8月2日，俄勒冈健康与科学大学胚胎细胞和基因治疗中心Shoukhrat Mitalipov研究组公布了其应用CRISPR在人类胚胎中进行DNA编辑的结果，纠正了突变的MYBPC3基因，其突变会引起心肌肥厚并将年轻运动员猝死。

文章插图
基因也能被剪辑？基因的发现基因的发现堪称人类历史上最伟大的里程碑，与到达南极点或者攀登珠穆朗玛峰比起来，它不仅更困难，而且耗时更长。通过前后三代学者的接力，才揭开了遗传的神秘面纱。第一位踏上征途的是孟德尔。1856年，孟德尔已经完成了在维也纳大学的学业，顺利当上了神父。对于一个寒门子弟来说，这也算是人生巅峰了。不过，孟德尔没有满足于传经、布道、教授书本上现成的东西。他对遗传显然有些“离经叛道”的想法，并打算通过实验去验证它们。经过一番思索，孟德尔选择了豌豆。他首先对豌豆的性状进行分类，如高茎还是矮茎、黄色叶还是绿色叶、种子是饱满的还是褶皱的。接着，他进行了长达8年的豌豆杂交实验。高茎豌豆和矮茎豌豆杂交，有很大概率生出高茎豌豆；在这些高茎豌豆之间进行杂交，产生的高茎后代和矮茎后代之比是3:1 。这说明，父亲或者母亲的性状会影响到孩子，而且它们的影响是均等的。豌豆杂交到了1928年，英国细菌学家格里菲斯进行了肺炎双球菌转化实验。肺炎双球菌有两种，一种有荚膜（为方便描述，以下简称为S型），对生物的免疫系统有较强的抵抗力；另一种没有荚膜（为方便描述，以下简称为R型），即使进入生物体内，也会被免疫系统消灭，几乎不产生症状。格里菲斯发现，将R型肺炎双球菌和高温杀死的S型肺炎双球菌注入到小鼠体内，小鼠会因为细菌感染而很快死亡。由此可见，S型肺炎双球菌体内的某些物质使原本无害的R型肺炎双球菌得到了生成荚膜、逃避免疫系统、感染小鼠的能力。换句话说，决定生物性状的并不是某个细胞，而是细胞内的某些物质。在格里菲斯实验的基础上，艾弗里完成了探索基因科学之路中最耀眼的一击。他将S型肺炎双球菌分解，得到了蛋白质、类脂、多糖、RNA、DNA等多种物质，在对这些物质进行纯化之后，一一进行小鼠感染实验。结果显示，只有S型肺炎双球菌的NDA可以感染小鼠[1] 。不朽的双螺旋如今，我们知道，NDA是生物生长、发育、新陈代谢和一切性状的决定力量。那么，这种力量是如何发挥作用的呢？为了方便描述，我们不妨把DNA想象成铅字。大家应该听说过活字印刷术，如果想印刷本文，那么，首先要准备相关的铅字，然后将它们按照正确的顺序整齐排列，接着，在铅字上涂抹一层油墨，盖上白纸，用滚筒轻轻挤压，文字就被转移到纸张上。?基因的双螺旋结构DNA这种“铅字”有些特殊。第一，它只有四种“文字”，即人体内的DNA由四种核苷酸组成，一般标记为A、G、C、T，三个核苷酸可以编码一个氨基酸；第二，在正常情况下，DNA是双链螺旋结构，这条链上的A只和对面链上的T结合，G只和C结合。在某些时候，比如人体内蛋白质合成或者在实验室中加以合适的温度，两条DNA链会彼此分开。信使RNA就像油墨，可以精准地将DNA上的A、G、C、T复制下来；转运RNA好比滚筒，它能识别“三个核苷酸——一个氨基酸”编码，并将氨基酸组装成蛋白质。细胞中的DNA蛋白质，可以说是人体内最重要的物质。生长发育离不开它，心脏跳动离不开它，人体的每一个新陈代谢过程中的每一次调节都离不开它。DNA就这样通过蛋白质控制着生物。最早的剪刀手既然DNA是一切事件的幕后黑手，那么，通过调节患者的DNA，不就能治病了吗？这种想法是好的，但是实际操作起来很困难。首先是伦理问题。这个不是重点，我们略过不提。其次是没有工具。DNA作为人体的遗传物质，其结构十分复杂，具有一定的稳定性，其功能涉及人体的方方面面，十分庞杂，加之体积非常小，所以要想剪辑DNA，必须找到一把特殊的剪刀。这把剪刀既要准确，顺着科研人员的心意，只对DNA做最必要的改动，又要普适，可以按照科研人员的计划进行调整，完成各种各样的剪辑任务。基因剪辑示意最早的基因修饰技术，是通过探针，将外源性基因直接注入到胚胎内，让其自行结合；结合得多了，总有运气眷顾“碰巧对了”的时候。把这些胚胎选出来，通过近亲繁殖，进一步纯化实验动植物，直到得到想要的样本为止。这就好比说，我想把本文印刷下来，在印刷之后发现，其中某几个字打错了。正常人会挑出这几个字后替换掉，但是印刷工不识字。于是他把那几个正确的铅字丢进铅字盘里，然后不停地摇晃，只要有足够的耐心，总有恰好对的时候。但是这样的做法，不仅效率极低（在植物研究中，通常只有10-6～10-5)，而且仅对某些生物（如酵母菌）有用，根本不可能大规模展开。基因修饰示意到了上世纪八九十年代，类转录激活因子效应物（Transcription activator-like effector，TALE）被发现，在此基础上，建立了新一代的基因修饰技术。类转录激活因子效应物，这个名字有点吓人，不过理解起来，并不困难。前边说过，碱基的排列有特定顺序。科研工作者们发现在很多细菌中存在这样一种物质，它们可以特异性识别某些碱基排列。活字印刷术还是以活字印刷术为例。老板觉得，印刷工居然是文盲，实在不像话，于是把他开除了，重新找了一个。新来的印刷工的文化水平也不高，但是好歹认识“摘要”、“报道”这俩词。如此一来，他起码能够找到文章第一段。假如印刷错误恰好出现在第一段，剪下这一长条之后，虽然还是要打散、插入、重组，但是工作量就大大减少了。但是这种技术的缺点也是显而易见的，第一，它的识别度并不高；第二，很难对它进行修改，让它适应各种情况[2] 。CRISPR/Cas9系统1987年，日本科学家发现大肠杆菌体内存在一种特别的结构。一段段重复序列之间连着一小段间隔DNA，现在将它称为“成簇的规律间隔短回文序列（Clustered Regularly Interspersed Short Palindromic Repeats，CRISPR）”[3] 。人体内有一套主动免疫系统。当人体第一次接触某种致病微生物时，免疫细胞会把它的特征记录下来，同时，合成抗体，这样，下次再有同样的微生物入侵时，人体就能准确识别，进而将它迅速消灭。细菌常常使人患病，但细菌也有“生病”的时候，比如被病毒感染。病毒就是一个外壳加一小段遗传物质（RNA)，借助外壳上的结构，病毒可以吸附到细菌表面，然后钻进去，释放遗传物质，运用细菌的成分，大肆复制，最终，细菌死亡，病毒被释放出来，继续感染其他的细菌。tracrRNA/crRNA二元复合体指导Cas9蛋白（蓝色图标）寻找并切断靶点双链DNA在长期的进化中，某些细菌为了对抗病毒，发展出了一套与人体主动免疫相似的系统，就是CRISPR 。当病毒入侵的时候，CRISPR可以把病毒的遗传物质（RNA)切一小段下来，保留到系统内，作为识别特征；倘若病毒不知好歹，再次入侵，CRISPR就会和CAS酶联手；后者就像抗体一样，可以迅速破坏病毒的遗传物质。2012年，珍妮弗·道德纳和埃玛努埃勒·沙彭蒂耶意识到了这一系统的意义：因为细菌要提防的病毒很多，所以CRISPR/Cas系统可以精准地识别许多碱基序列，稍作改造，就有可能以此建立一套精准、易于调整的基因修饰系统。随后，她们将自己的发现发表到《科学（Science）》杂志上，详细介绍了CRISPR/Cas9的工作原理和制备过程。珍妮弗·道德纳（左）和埃玛努埃勒·沙彭蒂耶（右）CRISPR/Cas9系统的意义十分巨大。科学家早就知道DNA的组成、DNA的表达，缺少的只是一个顺手的工具。所以，CRISPR/Cas9系统出现以后，相关领域迅速获得突破，研究成果呈现井喷。比如2015年10月，杨璐菡及其团队宣布，她们运用CRISPR/Cas9系统成功敲除了猪内源性逆转录病毒[4]；再比如2016年4月，有学者宣布借助CRISPR/Cas9系统，在实验室内成功移除了被艾滋病毒感染的细胞基因片段[5] 。韩春雨坚信他的基因编辑论文没有问题不过，CRISPR/Cas9系统通过编码RNA的顺序来达到调整剪刀的目，终究饶了一个弯。在《DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute》一文中，韩春雨宣布，他运用格氏嗜盐碱杆菌内的一种蛋白质——Argonaute，实现了DNA引导的基因组编辑[6] 。这无疑更为直观而简便。所以，他的论文一经发布，就引起了巨大的关注。基因修饰的意义前面洋洋洒洒地说了这么多，那么，基因修饰究竟能做些什么呢？第一个好处是显而易见的，那就是为临床医生提供新的治疗方案。笔者在之前的文章中介绍过器官移植。需要器官移植的病人多，而愿意捐献器官的人少。供需不平衡意味着很大一部分病人不仅要忍受疾病的折磨，还要经历等待的绝望。有了基因剪刀，通过定向敲除内源性逆转录病毒，异种移植则成为可能。第二，因为种种原因，我们很多时候要用动物模拟人体，进行病因探究、药效研究等。有些疾病，比如败血症，是很容易模拟的；有些则不然。你可能在生活中遇见过某个人，他只要一出汗，就有一身的鱼腥味。这不是普通的狐臭，这是鱼腥味综合征。因为基因的关系，患者缺少代谢三甲胺的酶，三甲胺无法通过正常途径排出体外，使得体液与气息含有鱼腥味，这时应该怎么用动物模拟他的这种症状呢？基因修饰传统上，是选择特定的小鼠，进行同源重组，这种方法的成本高、耗时长、操作复杂。而有了成熟的基因修饰系统就不一样了，可以直接对小鼠的胚胎细胞进行剪辑，一步到位[7] 。也就是说，基因剪刀不仅是一种强大的工具，它还是制造工具的工具，将极大地减少了研究步骤，缩短研究周期。第三个好处，最终将让每一个人受益。之前，媒体曾经报道，安吉丽娜·朱莉自曝接受接受了双乳切除手术，以降低患乳腺癌的风险。对于一个以性感闻名的女人来说，双乳切除，自然是痛苦的。要是不切除，患上乳腺癌的风险则太大。两害相较取其轻，应该说，这是一个很有勇气的决定。实际上，具有遗传倾向的疾病不仅是乳腺癌，还有血友病、鱼腥味综合征、白化症、苯丙酮尿症等，比得病更痛苦的是从生下来就有病。基因测序随着基因技术的进步，未来的情况可能会发生改变。一方面，基因快速测序的成本不断下降，越来越多的父母有条件为后代进行基因筛查；另一方面，2015年4月，中山大学的黄军就教授成功运用CRISPR/Cas9系统编辑了人类胚胎，对能导致遗传病β地中海贫血缺陷基因进行了改造[8] 。出于伦理上的考量，科研工作者们于目前还只能用实验胚胎（无法存活、发育成人类个体）。不过，前途是光明的。有了基因工程，消除与治愈遗传疾病，只是时间问题。他们/她们在基因工程方面努力的结果必然会受益于全社会总结CRISPR/Cas9系统是近年来，基因工程领域的最大突破，而由于基因工程的重要意义，称之为影响人类文明史的发现并不为过。尤其值得一提的是，CRISPR/Cas9系统是由两位女科学家发现的，这对打破科研领域的性别偏见、鼓励更多女性投身科学，有重要的意义。科研从来不是一小撮精英的事，只有鼓励每一个人对科学的信仰，给每一个人充分接受教育的机会，科研领域才能得到新鲜的血液，最终，他们/她们努力的结果必然会让全社会受益。参考文献1. 高翼之. 奥斯瓦德· 西奥多· 艾弗里[J]. 遗传, 2006, 28(2): 127-128.2.. Shan Q, Gao C. 植物基因组编辑及衍生技术最新研究进展[J]. 遗传, 2015, 37(10): 953-973.3. 袁越，基因工程的新时代[J].三联生活周刊，2015，820（2）：154-159.4. Yang L, Güell M, Niu D, et al. Genome-wide inactivation of porcine endogenous retroviruses (PERVs)[J]. Science, 2015: aad1191.5. 蝌蚪五线谱，科学家成功移除被艾滋病毒感染的细胞基因片段http://news.kedo.gov.cn/hotnews/photonews/835629.shtm，2016.4.56. Gao F, Shen X Z, Jiang F, et al. DNA-guided genome editing using the Natronobacterium gregoryi Argonaute[J]. Nature biotechnology, 2016.7. 白敏, 李崎, 邵艳姣, 等. 利用 CRISPR/Cas9 技术构建定点突变小鼠品系[J]. 遗传, 2015, 37(10): 1029-1035.8. 吴晓丽. 2015 年生命科学热点回眸[J]. 科技导报, 34(1): 23-35.