医治癌症、灭绝蚊子、复活猛犸象……最近流行的 CRISPR 基因技术到底能做甚么,进展如何?屋顶秧田

作者: 时间:2018-05-26 12:07:25 阅读:
医治癌症、灭绝蚊子、复活猛犸象……最近流行的 CRISPR 基因技术到底能做甚么,进展如何? 基因编辑又火了起来,从电影里的超能力到现实中复活猛犸象屏幕里,壮硕的酒吧老板拿起电锯割向自己的腹部,锯齿没能切开皮肤,反倒冒起烟来。这是漫威超级英雄卢克€€凯奇在 Netflix 的超级英雄电视剧里第1次展现自己的超能力。根据同名剧中医生的解释,这是由于凯奇被人用 CRISPR 基因编辑技术植入了鲍鱼的基因。鲍鱼壳由于内部蛋白质和碳化钙独特的结构组合,强度乃至比经常使用于防弹装甲的高级陶瓷还硬。因此凯奇的皮肤变得刀枪不入。子弹也射不穿的皮肤超级英雄明显不能认真。但 CRISPR 基因编辑技术是真实存在的,而且最近很火。这是1种可以用外来基因片断准确替换生物体内本身基因组,从而改变生物本身的技术


基因编辑又火了起来,从电影里的超能力到现实中复活猛犸象

屏幕里,壮硕的酒吧老板拿起电锯割向自己的腹部,锯齿没能切开皮肤,反倒冒起烟来。

这是漫工作服养生馆
威超级英雄卢克€€凯奇在 Netflix 的超级英雄电视剧里第1次展现自己的超能力。

根据同名剧中医生的解释,这是由于凯奇被人用 CRISPR 基因编辑技术植入了鲍鱼的基因。鲍鱼壳由于内部蛋白质和碳化钙独特的结构组合,强度乃至比经常使用于防弹装甲的高级陶瓷还硬。因此凯奇的皮肤变得刀枪不入。

子弹也射不穿的皮肤


超级英雄明显不能认真。但 CRISPR 基因编辑技术是真实存在的,而且最近很火。这是1种可以用外来基因片断准确替换生物体内本身基因组,从而改变生物本身的技术。

事实上,正式由于 CRIPSR 最近的火热,它才成了卢克€€凯奇故事里的1部份。

卢克€€凯奇是漫威在 1972 年打造的英雄。设定里,他的皮肤具有刀枪不入的强度。在那个年代,没有太多人去追究这个设定本身的科学根据。

但这两年漫威和 Netflix 合作了1系列超级英雄电视剧,剧中的情节就加入了 CRIPSR 基因编辑技术的设定。

不只这1部。

《X档案》描写 CRISPR 基因编辑


2016 年,重启美剧《X 档案》的第10季中,CRISPR 就化身为外星人的生物武器,可以敲除地球人的腺苷脱氨酶基因,从而破坏全部人类的免疫系统。

NBC 乃至决定拍摄1部标题直接叫做《C.R.I.S.P.R.》的生化题材惊悚片 ,由詹妮弗€€洛佩兹出演。

这些都是比较臆想的科幻情节。比如《X 档案》的科学顾问、马里兰大学病毒学家 Anne Simon 自己就认为这些情节不可能产生,CRISPR 是有益的研究工具。

不过 CRISPR 也确切将1些科幻情节变成了现实。

早在 1990 年,著名科幻作家迈克尔€€克莱顿(Michael Crichton,也是《西部世界》的作者,哈佛医学院毕业)就在《侏罗纪公园》1书里写过复活恐龙的可能。

在故事里,科学家从虎魄中提取了上古蚊子血液里的恐龙 DNA,然后用现代田鸡的 DNA 片断补上不完全的部份,从而复活出恐龙。

那个故事给了哈佛大学的遗传学家 George Church 启发。这位科学家是合成生物学的先锋,帮助启动了人类基因组计划,也是 CRISPR 技术的先驱之1。他想复活猛犸象。

恐龙死了 6500 万年,DNA 没法保存这么久。而猛犸象灭绝仅数千年,并且遗骸在西伯利亚的冻土层中保存良好,冰封的 DNA 仍有重新表达的机会。

但是猛犸象的细胞核已受损,所以 Church 利用 CRISPR 技术,将猛犸象的 DNA 编辑进亚洲象的染色体中,再通过克隆技术培养出杂交胚胎,希望让这个物种的某些性状重见天日。

通过精确选择和编辑猛犸象的 DNA,Church 团队两年来编辑过的基因片断数量已由 15 增至公司工作服库存管理表范例
45 个。如果胚胎能发育成功,这类杂交种将具有猛犸象的特点,如小耳朵、长毛发、更厚的皮下脂肪和适应低温的血液。

目前,Church 团队完成了细胞培养,正在评估这些编辑的影响,朝着在实验室培养胚胎努力,并有望在两年内成功培养出胚胎。

但要培养出真实的个体,还有着数年的距离。由于他们其实不打算招募母亚洲象来代孕。Church 团队不想把濒危物种的雌性个体置于危险的地步,他们计划建造1个巨大的人工子宫。很多人认为,这1计划在 10 年间没法实现。

不过不论是 5 年还是 15 年,仅仅这件事从理论上可行,并且科研团队在1步1步推动中就已让人兴奋。当克莱顿写《侏罗纪公园》的时候,那看上去还完全是1个空想。

根据这件事写成的书《毛茸茸:复活史上灭绝偶“象”之最路上的真实故事》的电影改编版权卖给了福克斯,而 Church 听说电影的预算是 8000 万美元。

除 Church,加州大学圣克鲁兹分校的 Ben Novak 也希望利用博物馆里的标本复活 19 世纪末灭绝的旅鸽。他相信如果没有 CRISPR 技术,复活已灭绝的生物只是美好的空想。

关于编辑基因还有1些别的插曲,比如号称可以挑战 CRISPR 的中国韩春雨团队发布的NgAgo 基因编辑技术由于各地实验室都没法重现实验,终究作者主动申请撤回了论文。

所以 CRISPR 究竟是怎样回事,科学家和商业公司们又在用它做甚么?

3分钟知道 CRISPR 是怎样回事

基因编辑存在已久,其实传统的杂交育种就是初期对基因的人工改造,比如袁隆平 1977 培养出穗大粒多的“南优 2 号”杂交水稻。

更早的还有宠物狗,很多品种都是通过杂交诞生的。你也能够认为这是1种基因编辑。


但不管是水稻还是杂交狗,由于没有借助现代份子生物学的手段,没法精细地修饰基因,结果非常不可控。

而 1980 年开始兴起的转基因能够做到这1点。将目的基因与载体份子结合为重组 DNA 份子,利用农杆菌或基因枪注入到受体细胞后大量增殖,再挑选出具有重组 DNA 份子的重组细胞,以此导入外来的基因。这类方法用比较粗糙的方法之外部片断修饰目标基因,比较随机,也不够准确。

CRISPR 则可以做到精确编辑任何生物、任何细胞里的 DNA。

CRISPR 是1个缩略词,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)。

简单地说,它是1个 DNA 序列,是1段基因记忆,是细菌在终年对抗病毒入侵时积累的血肉长城,重复的序列就是蜿蜒的城墙。

就像人体的免疫系统,能够提取入侵细菌或病毒的特点,并呈递给免疫细胞让它构成记忆,从而当病原2次入侵时能及时辨认消灭。

细菌在世世代代与病毒的抗争当中,也进化出了这类简易而精确的免疫功能。过往的病毒将基因重复遗留在细菌的 DNA 链上,构成细菌的“记忆”,在病毒再次入侵时,指引酶等工具来消灭它。

具体来讲,病毒感染细菌时,会把自己的遗传物资嵌入到宿主细胞的 DNA 上,深入内部反客为主,利用宿主细胞为自己服务。细菌则进化出了 CRISPR 这1免疫武器,它是之前的病毒感染痕迹的保存,也是病毒基因特点的记录。

等到病毒再次入侵并嵌入基因时,CRISPR 就可以凭仗此前的记录,引导相干的蛋白(CRISPR associated,Cas)把外来的基因切除掉,从而解决掉入侵的病毒。

科学家们利用了 CRISPR 精准切割的这个特性,对它重新编程,使之能切割任何生物的任何 DNA,到达人为编辑基因的目的,以改变生物原本的遗传特性、取得新性状。

在 CRISPR 之前,学术界广泛利用的是基因打靶、锌指核酸内切酶(ZFN)和类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN),它们都是与转录因子相干的核酸酶。比起它们,CRISPR 技术本钱低廉、操作方便、效力高、可以同时编辑不同的位点,1次顶过去5次。

以利用最广泛的 CRISPR / Cas9 为例,想象基因是由很多节点构成两条双螺旋的链条,而编辑只需要用到两个工具€€€€向导 RNA(guide RNA, gRNA)和 Cas9 蛋白。

将 DNA 链精确地剪开,以到达增加或敲除的目的,示意动画来自 MIT


Cas9 蛋白像1把剪刀,通常从基因节点,也被称为碱基 NGG (N 代表任意碱基)的地方剪断基因。

随后,人工设计的向导 RNA 会将 DNA 双螺旋解开,配对到其中1条,Cas9 蛋白再出手在刀口处剪断。随后 DNA 会开启自动修复机制,将剪断的两端连接起来,从而实现目标区域的敲除或替换。

虽然操作和效力都得到了提升,但 CRISPR 技术可能存在的问题就是,向导 RNA 不1定每次都能准确匹配被剪短的基因。在 DNA 损伤修复的时候也可能出现意外。

就像是1列没有被铁轨公道引导的出轨火车,随时会致使基因组产生未知的突变,这被称为脱靶效应。

随着科学家们对 CRISPR / Cas 系统的不断优化,脱靶率正在不断下降。

CRISPR 背后还有1个专利战


2012 年以来,CRISPR 技术掀起了1阵学术界的淘金热。在 Google 学术上,CRISPR Cas9 相干的文献已超过 51700 篇。

大潮之前的图景则略显单薄。1987 年,日本微生物学家石野良纯最早在大肠杆菌的 DNA 中发现了间隔重复的回文结构,当时的人们对此1无所知,也没有引发太大的重视。

1990 年代,科学家们屡次在细菌的基因组中发现这类重复的序列,其中包括荷兰乌得勒支大学的 Ruud Jansen 和西班牙阿利坎特大学的 Francisco Mojica,2人在通讯中提出将它命名为 CRISPR,并在 2002 年用于出版物中。2005 年,3个研究组同时发现这类序列和侵染细菌的病毒的基因非常类似,从而推测它多是抵抗入侵的某种机理。

2007 年,美国奶制品公司 Danisco 的科学家在《科学》上发文,以工业上生产酸奶的嗜热链球菌为实验对象,研究者发现对病毒有抗性和敏感的两种链球菌在 CRISPR 序列中存在差异,因而他们增加和敲除这部份序列,发现噬热链球菌对病毒的敏感性产生了改变。

在1些基础性的研究以后,CRISPR / Cas9 作为基因编辑技术隆重登场,同时也为1场旷日持久的专利之战埋下伏笔。故事将主要围绕以下3个人展开:

    加州大学伯克利分校的份子生物学家 Jennifer Doudna;

    瑞典于默奥大学的微生物和遗传学家 Emmanuelle Charpentier;

    麻省理工学院和哈佛大学博德研究所的合成生物学家张锋。


    Emmanuelle Charpentier 、Jennifer Doudna 和 张锋


    2012 年 8 月,Doudna、Charpentier 和同事们在《科学》上发表论文,首次将细菌的免疫机制变成了可编程的切割工具,用 CRISPR / Cas9 精确切割了质粒和双链 DNA。她们切割的是细菌的 DNA 片断,并为此提交了专利,表明她们发现的这1切割系统可以作为任何类型细胞的基因编辑工具。

    这项研究引发了学术界的广泛注意。同年 12 月,张锋将这项技术用于小鼠和人类的真核细胞,证明这项技术在复杂细胞中的可行性。他也为此提交了专利,权限包括在任何由细胞核的物种中使用 CRISPR。不但如此,他还要求加速审查,通过缴纳费用走了绿色通道。2013 年 2 月,论文在《科学》上发表。

    与此同时,大家开始关注这项技术的脱靶效应。初始的尝试总是不太完善,当时的1系列研究表明,脱靶效应广泛存在。半年后,张锋在《细胞》上发表论文,提出了利用两个向导 RNA 增强准确性的方法 Double Nick,大大减少了脱靶现象,也进1步完善了这项技术。

    2014年,美国专利商标局将技术专利赋予张锋,加州大学要求发起抵牾审查程序(Interference proceeding),专利争取战随之拉开序幕。这次审查于去年 1 月开始,根据 2012 年美国专利法先发明者得专利的排队规则,双方各自提交了数百页文件,证明自己1方在时间上领先。

    这项专利归属的争议在于:Doudna 的专利主要用于简单生物体的 DNA 编辑,而 Broad 研究所申请的是真核细胞中的基因编辑,将前者的常规方法利用于高级细胞,究竟是否是1项创新。

    并且,在 Doudna 和 Charpentier 的论文发表后,前后有许多实验室都根据文中的方法实现了真核生物中的基因编辑,Doudna 的团队随后也发表了人类细胞中的编辑成果。

    去年 12 月,加州大学和博德研究所在美国商标局参加了唯逐一次口头辩论。2 月,美国商标局作出裁定,张锋所在的博德研究所保存 2014 年所取得的专利权,两个团队的发现其实不存在冲突。为此加州大学 4 月向联邦法院提起了上诉。

    这场纷争也有1些有趣的插曲。2016 年,《细胞》发表了博德研究所生物学家 Eric S. Lander 的文章《CRISPR 英雄谱》,文中回溯了这项技术的研发历史,但在关键的基因编辑部份强调了张锋的成果,对 Doudna 和 Charpentier 的贡献所提不多。2人分别在评论区回应,作者并未将论文交给她们检查,也未征得她们的同意,Lander 也因此遭到了很多批评。

    这场战争其实不仅仅是两个团队之间的争取。在欧洲,包括伯克利分校和 Broad 研究所的 6 家机构在初期向欧洲专利局提交了 CRISPR 的专利申请。根据专利代理人的看法,在欧洲极可能不会出现“赢家通吃”的情况,而是 6 家机构的权利会相互堆叠。7 月 27 日,欧洲专利局表示,将授与默克子公司 Millipore Sigma 真核细胞中的 CRISPR 编辑专利。

    但中国仿佛站在加州大学这边。今年 6 月,Doudna 创建的 Intellia Therapeutics 和 Charpentier 创建的 CRISPR Therapeutics 公司相继发布消息称,其已取得中国国家知识产权局授与的 CRISPR 基因编辑技术上的专利。

    学术界也更偏向 Doudna 和 Charpentier,张锋凭仗这项技术取得的学术奖项,许多都是同她们同享,比如 2016 年的盖尔德纳奖和 2017 年的阿尔伯尼生物医学奖。而 Doudna 和 Charpentier 除取得 2015 年的生命科学突破奖外,还携手入选《时期》杂志 2015 年度影响百人,和今年的日本国际奖等。

    科学家们对这项技术的优化也没有结束。最新的进展是,上周 Doudna 团队进1步完善了这项技术,研究组在《细胞》上发文,宣布发现了 CRISPR 的“停止键”,可以控制编辑进程的结束。此前,这1进程的结束只能顺其自然。

    CRISPR / Cas9 系统的专利之争仍将继续,但它正在完全改变基础研究、农业和医学。

    想复活猛犸象的人,还把照片存进了 DNA
    用 CRISPR 技术编辑基因需要几步?答案是3步:肯定目标基因,找到目标片断,接下来就开始剪。示意动画来自《麻省理工科技评论》


    除通过基因编辑复活猛犸象,George Church 最近的另外一项研究是用 CRISPR 技术把1张 GIF 图存进了大肠杆菌的 DNA 里。

    使用 DNA 存储数据其实不是新闻,5 年前就有团队在 DNA 中存储文字和图片。作为新兴的存储介质,它存储密度巨大,1 克 DNA 可存数亿 GB 数据;贮存年限久远,妥善保存可数万年,并且测序就可以读取。缺点则是目前合成 DNA 的本钱太高,且不能随时存取。

    但在此前的研究中,存储的介质都是人工合成 DNA 的片断,而不是活细胞中的 DNA。研究团队这次把1张手掌的照片和1段策马奔腾的动态图片编码成 DNA 片断,借助 CRISPR 技术剪切到大肠杆菌的基因当中,在数代繁衍后重新读取 DNA 片断,图象的还原度到达了 90%。

    这张图来自摄影师 Eadweard Muybridge 的动态摄影,谷歌用这张图做过 Doodle。原图好歹是摄影作品,像素并没有这么低。图片来自 Seth Shipman


    论文的作者之1、哈佛医学院合成生物学家 Seth Shipman 想要研究大脑发育的进程,这个进程中会有1系列生化反应在细胞中产生,但很难明确地记录下来。而这项研究证明了 CRISPR 技术在大肠杆菌上的利用,真实的目标是让细胞变成记录仪,可以搜集各种份子信息并存储在 DNA 当中,以便以后查阅在发育中的作用。这个概念被称为“份子纸条”,正是 George Church 的点子。

    合成生物学的另外一个课题是人造生命体。科学家们1直在研究怎样才能人工合成细胞€€€€依照人为编码,细胞可以按需合成出各种各样的药物。美国遗传学家 Craig Venter 在 2010 年将合成的基因组引入去掉基因的宿主细胞,结果是宿主可以连续复制。

    来自 Scripps 研究所的团队则分别在 2014 年和今年创造了半合成的生物体,今年他们利用 CRISPR-Cas9 技术强化了3年前的版本,去掉了排挤非天然碱基的基因,这将允许他们在合成 DNA 中任意添加想要的基因片断,这为蛋白质的按需定制奠定了基础。

    固然,如果你想做1名生物骇客(Biohacker),也能够自己在家体验1下简单的 CRISPR 实验。曾在 NASA 工作过的合成生物学家 Josiah Zayner 想要培养更多的生物骇客,因此创建了 ODIN 售卖1些简单的生物 DIY 工具包,其中就包括 CRISPR 套件。

    利用 CRISPR 套件 DIY 工具包,你可以在家扮演琼脂块上的上帝。图 ODIN


    固然,这个套件只是1个新手教学包€€€€普通的大肠杆菌在涂有链霉素的琼脂板上会被杀死,你依照说明,用 CRISPR 敲除大肠杆菌与链霉素结合的基因,再把改造后的大肠杆菌放在链霉素琼脂板上,就可以视察到它在性命攸关的环境中生存了下来。

    所以你没法用这个 159 美元的套件来强化自己的皮肤。事实上,这是对 DIY 生物学家能力的高估。份子生物学实验耗时耗力,需要用到专业的大型装卫生应急处置工作服
    备,由于 DIY 实验室的限制,业余爱好者只有在需要对基因作精确改变时才会去当地大学实验室使用 CRISPR。

    Zayner 表示,他所使用的细菌被认为是安全的,其实不比皮肤上的细菌有害。但对 DIY CRISPR 最大的耽忧,则是将修饰过的基因传播到自然界。对此,加州的1名环境律师和生物骇客 Dan Wright 认为,这也10分困难,超越了大多数业余爱好者的能力。毕竟这个操作需要将改造后动植物细胞培养成个体,这比养细菌要复杂很多。

    糖尿病、癌症医治已在日程上,但大多在非常初期

    将缺点得到修饰的细胞输回体内,或着修复代谢失衡,或着加强免疫细胞的攻击力,从而起到医治的作用。示意动画来自《麻省理工科技评论》


    理论上,只要找到和疾病相干的基因,用 CRISPR-Cas9 编辑去掉致病的因素,就能够医治基因缺点方面的疾病。科学家们凭此展开了各种各样的假想与尝试。

    最有希望的利用是单基因疾病的医治,如囊性纤维化、镰状细胞性贫血和肌营养不良症。它看上去挑战最小:修改人类基因组 30 亿基因片断里的 1 段。

    例如,镰状细胞性贫血是由血红蛋白基因缺点引发的,1个氨基酸的差异致使正常的血红蛋白没法构成。

    1个假想是,利用 CRISPR 技术将抽出的血液编辑基因,再重新输转身体,就可以产生正常的血红蛋白。

    但这类做法也不是1劳永逸,镰状细胞基因已知可以预防疟疾,如果切掉了这段基因就失去了天然的防护。为此,张锋创建、取得盖茨基金会投资的 Editas 公司正在解决这个问题。

    类似的,如果能够去掉编码疾病相干蛋白的基因,就可以中断致病蛋白的合成。

    已展开的研究有舞蹈病、帕金森和渐冻症等。糖尿病的潜伏医治策略也类似,对 2 型糖尿病,去年隆德大学的1项研究关掉了大鼠体内组蛋白乙酰转移酶的合成,从而增加胰岛素的产生。

    1 型糖尿病的策略脑洞更大,今年 8 月芝加哥大学的1项研究中,研究人员把基因编辑后的表皮干细胞贴在小鼠的皮肤上,然后大量喂食,人造皮肤分泌的激素 GLP⑴ 会增进胰岛素的分泌,从而免去了肥胖小鼠自己打胰岛素的烦恼。

    癌细胞的应对策略也类似。去年 6 月,宾夕法尼亚大学改造 T 细胞并灌注回患者体内,让它能靶向攻击骨髓瘤、黑色素瘤和赘瘤,并申请了人体实验。还有1些研究则瞄准了癌细胞的弱点,利用 CRISPR 快速诊断并切掉癌症突变,并用来完善个体化疗法。

    除修复内在的缺点,CRISPR 技术还可以应对外来的要挟。切掉逆转录病毒的遗传物资,如乙肝病毒、艾滋病病毒等。逆转录病毒感染细胞时,会将自己的遗传片断整合进宿主的 DNA,再利用宿主细胞复制繁衍。由于它们藏匿在细胞核中,目前通常只能用药物抑制它的复制,让它的遗传片断保持休眠。

    基因编辑技术则让人看到了将它从基因中切掉的曙光。已有多个研究团队设计出了靶向乙肝病毒基因片断的向导 RNA,并在细胞培养和小鼠身上做了测试,实验均表明乙肝病毒的复制和藏匿都遭到了破坏,是根除乙肝有潜力的医治方法。

    艾滋病方面的研究也有诸多突破。有的团队用这项技术改造免疫防线 T 细胞,去掉了 T 细胞表面结合 HIV 的 CCR5 受体,想让病毒走投无路,没法进入 T 细胞破坏免疫系统,从而获得对它的免疫力;有的团队利用它切除在细胞核中藏匿的 HIV 基因片断,最新的进展是,5 月的1项研究称,天普大学和匹兹堡大学的研究人员第1次在活体动物的基因组中清除 HIV 的 DNA,从而将它在小鼠体内完全消灭。

    这意味着这类医治策略具有清除藏匿 DNA 的潜力,团队正计划在灵长类动物中重复这1研究。

    这项技术其实不仅限于重大的疾病,也能够用在很平常的地方。今年 4 月,威斯康星大学麦迪逊分校的美国企业白领工作服
    研究团队计划用它对抗耐药菌,他们打算改造1种病毒,为它添加定制的 CRISPR 相干的序列,感染人体内的细菌,从而误导细菌开启自毁程序,让它死在自己的剪下。


    4 月的另外一项研究则提出了1项非常便宜的感染快速诊断方法,这个名为 SHERLOCK 的工具在监测到特定病毒或细菌的遗传序列后,就会切割 RNA 从而释放荧光信号,到达快速唆使的目的。这个测试的本钱只有 61 美分,比显微镜视察和组织液培养便宜很多。

    对蚊虫叮咬致使的莱姆病和疟疾,也有研究提出这类方法或许可以下降感染率。

    CRISPR 技术还有可能解决器官移植的问题。本月《科学》上的1项研究为这类方案提供了可能性,1家名为 eGenesis 的公司利用这项技术,剪去了猪身上的病毒基因,从而消除猪器官中很大的安全隐患,为尔后的移植奠定了基础。

    只不过,以上提到的研究都处于非常基础的阶段,在体外细胞和小鼠中有效其实不意味着这些疾病从此有药可医,中途还需要经过漫长的重复验证和3期临床实验。

    这些研究中,进展比较快的已开始了临床实验。其中最早的是去年 10 月4川大学华西医学院肿瘤学家卢铀在晚期非小细胞肺癌患者身上的实验,10 名患者接受了编辑过的免疫细胞的注射。团队希望,对化疗、放疗和其它手段均无效的患者,敲除 PD⑴ 基因的免疫细胞可以恢复对肿瘤细胞的攻击能力。目前实验还在进行当中。

    4 月 28 日,南京大学魏嘉团队在鼓楼医院第2个开启了在鼻咽癌患者身上的人体实验。根据临床实验注册表,中国正计划多项敲除 PD⑴ 相干的癌症临床实验,包括乳腺癌,前列腺癌,膀胱癌,食管癌,肾癌,结肠直肠癌等。

    宾夕法尼亚大学的研究团队也在做类似的工作,他们希望招募到 18 名骨髓瘤、赘瘤和黑色素瘤的患者,并改造他们的免疫细胞,方法和卢铀团队相同。这个项目由 Sean Parker 援助,也取得了美国国立卫生研究院的批准,如果能取得美国药监局的批准,临床实验有望于今年开始。

    除癌症以外,关于失明的1项研究也正在计划申请人体实验。这项研究由 Editas 公司展开,医治 Leber 先天性黑内障致使的失明。但根据公司的说法,由于制造商的延误,实验将推延到明年中期。

    另外一项针对 HPV 的临床实验则可能改变研究者们的思路。中山东大学学的这项研究没有在体外编辑细胞,而是直接将含有 CRISPR 编码的 DNA 凝胶利用到体内,从而破坏病毒的基因。

    不过值得注意的是,CRISPR 技术只是基因编辑技术的1种新工具,用之前的工具编辑基因的疗法早已进入临床,并已挽救了两名患儿的生命。

    而利用 CRISPR 技术的临床实验,结果还有待时间来揭晓。

    目条件到的这些医治技术,除中国正计划的多项癌症临床实验外,其它基本都还在非常初期阶段。

    基因编辑后的食品可以不打“转基因”的标志

    1946 年,科学家首次发现 DNA 可以在生物间转运。直接植入抗体基因让农作物自带抵抗害虫的转基因技术极大的提升了农作物的产量。

    问题在于人类长时间使用添加了新增基因,是不是会产生不良的影响?这类耽忧让监管机构要求转基因食品必须明确标注是被基因改造过的。

    美国生物科技公司 AquaBounty 培养出来的转基因3文鱼,被美国食品安全局 FDA 强迫要求标注转基因才能销售。由于担心消费者对转基因食品的耽忧致使3文鱼卖不出去,AquaBounty 公司选择不在美国出售,只在加拿大出售3文鱼,在加拿大,转基因食品不用特别标注。

    两条一样年龄的3文鱼。上方是 AquaBounty 的转基因3文鱼,下方是依照普通方法培养的3文鱼。


    但如果不新增基因,只是删除掉不好的基因片断来改造农作物,这可能就不用标上转基因标示了。

    不管在中餐还是西餐中,白蘑菇都是1道重要的食材。不过,白蘑菇最好是现买现做,如果在冰箱中放上两天,它就会变成褐色,并且粘糊糊的。

    实际上,白蘑菇褐变是由1种叫多酚氧化酶(PPO)引发的。因而,宾夕法尼亚大学教授杨亦农和他的团队利用 CRISPR 基因编辑技术,敲除 6 个氧化酶编码基因中的 1 个,将酶活2015年雲南省工作服招标
    性下降了 30%,从而延缓白蘑菇褐变,好处不言而喻,最少你可以在冰箱里多放几天白蘑菇。

    2016 年 4 月,美国农业部表示,它不会对 CRISPR 基因编辑过的白蘑菇进行监管。


    关键就在于通过 CRISPR 这类能精肯定位基因片断的技术来删除氧化酶编码基因片断,其实不会使用来自病毒或细菌的外来基因,所以其实不会对周围农作物产生任何可能的危害。

    吃上这类白蘑菇可能还有段时间,虽然农业部明确表示不会监管由 CRISPR 基因编辑过的各种农作物,但美国食品安全局 FDA 还需要时间来肯定是不是能安全食用,和是不是需要像转基因食品那样明确标注出来。

    但最少从原理上,仅仅是删除掉不良基因的食品可能更容易让监管部门接受。

    不单单在农作物上,对动物来讲, CRISPR 基因编辑也能做很多事情。

    母牛天生没有角吗?

    恐怕很多人都不知道这个问题的答案。实际上,母牛是在很小的时候被人为去掉犄角,避免母牛用锋利的牛角来攻击。

    普遍的方法是在母牛很小的时候用电烙铁烧去角质部位。但这类常见的方法对母牛的年龄要求很高,1般在诞生1个月之内完成,过早或过晚都会容易造成母牛的疾病乃至死亡。

    CRISPR 基因编辑的特点,就是在于可以精确控制基因信息。通过基因编辑培养出没有犄角的牛,已出现在加利福尼亚大学戴维斯分校的研究室里。

    定位并删除牛角生长的关键基因,再培养出正常生长进程中不会长角的牛。这样的模式其实不仅限于对牛角的改造,从动物沾染疾病到优化动物肉质口感的实验都获得1定的进展,基因编辑正在实现更多的可能。

    基因编辑农作物在视觉上不会造成太多的争议,但没有角的公牛或由于修改基因致使出现体型巨大的肉鸡是不是会在心理上让消费者难以接受。

    这又是另外一个问题了。

    种族灭绝,已从蚊子扩大到亚洲鲤鱼


    既然可以复活消失的物种,基因编辑某种程度上也能够用来灭绝某些物种。

    像那些在夏天让你非常讨厌的蚊子。

    登革热、疟疾、寨卡病毒,蚊虫由于吸食血液而极为容易让人类感染各种危及生命的病毒。

    而雌蚊在产卵以后,2 到 3 天就可以孵化出下1代蚊子。在雨林或湿润的热带地区,蚊虫可以快速大量的繁殖,普通依托药物杀灭蚊虫的方法没法抑制疾病的传播。

    2016 年寨卡病毒被蚊虫快速传播到全球,短短1年时间,巴西已有将近 4000 例感染病毒的新生婴儿。

    比起喷洒药物灭蚊,CRISPR 基因编辑可以从最根本的繁衍上消灭蚊虫。

    美国密苏里大学的研究人员通过 CRISPR 基因编辑对 25712 条幼虫进行了基因片断的插入。这类片断可使蚊子的眼睛在荧光灯下发出红光。实验的结果成功在幼虫眼睛里检测出红光。

    这说明被修改的基因片断确切可以影响蚊虫,让免疫病毒或完全删除蚊虫繁殖能力的可能进1步提高。

    而 CRISPR 基因编辑也不单单能消灭携带病毒的害虫,大量繁殖而影响生态的生物也能够用基因修改来改变繁殖的情况。

    在美国各条河道大肆入侵的亚洲鲤鱼就是最好的例子。

    比起被调侃说,给我们签证和飞机票就可以吃光鲤鱼的解决办法, 用 CRISPR 基因编辑来解决鲤鱼泛滥更加靠谱。

    美国多家机构正在研究通过植入基因片断来驱动亚洲鲤鱼只能繁衍出雄性,来减少泛滥的情况。

    比起复活生物,在消灭物种上,基因编辑的效力可能更高。

    为避免电影里的灾害,基因编辑也有“自杀开关”


    被基因改造过的生物从实验室逃走引发1系列的灾害,是好莱坞电影最多见的情节之1。

    用技术改造基因会不会产生变异的生物,不单单是电影编剧的耽忧,最少科学家已在斟酌如何控制基因编辑致使可能的危害。

    为了预防实验室中被修改过基因的细菌“逃逸”。今年 2 月,麻省理工学院的研究人员利用 CRISPR 基因编辑开发了1种可让细菌自我毁灭的“自杀片断”。

    细菌被植入了这类基因片断后,它将不能不依赖实验室中培养细菌的环境。1旦离开了实验室的环境,自杀基因片断就会被引发,从而删除细菌内特定的基因,让细菌快速死亡。

    在实验中,大肠杆菌被植入1种名为 DNAi 的系统,这个系统分为两块组成部份,1种是通过 CRISPR 工作服不退
    技术编辑过,可以准肯定位细菌核心基因的片断,和另外一种会被阿拉伯糖份子引发,负责切除核心基因的 Cas9 酶组成。

    测试中,在大肠杆菌接触到阿拉伯糖份子仅仅 15 分钟以后,99 % 的细菌都被杀死。

    对麻省理工学院的生物教授克里斯托弗€€沃格特(Christopher Voigt)来讲,这类技术不单单意味着可以引发离开实验室的细菌快速死亡,还可以保护1些机密研究成果不会被泄漏。

    利用 CRISPR 基因编辑控制细菌存活可以实现的作用有很多,最少我们不用担心未来真的要面临电影情节那样的考验了。

    关于人体改造监管,制止制造“完善”婴儿是底线


    从优化农作物,到解决遗传疾病,1方面,基因编辑技术的巨大潜力确切极具诱惑,最少科学家给我们描绘了1个无疾病、无饥饿、无污染和人人长寿的未来新世界。

    哈佛和麻省理工的研究人员正在实验用 CRISPR 技术切除肥胖基因,从而增进脂肪的燃烧。

    约翰€€霍普金斯大学的团队也正在寻觅和精神分裂、双相情感障碍及抑郁症相干的基因。

    麻省总医院则在开发基于 CRISPR 的阿兹海默症的医治方法。乃至有科学家正在努力寻觅和衰老相干的基因,并试着敲除它们,以寻求长寿的秘密。

    但另外一方面,人类胚胎基因编辑在技术和伦理上引发了剧烈的争辩。

    目前有许多国家通过法律来明确制止人类胚胎细胞基因编辑,美国国立卫生研究院(NIH)明确表示制止对人类胚胎进行任何情势的基因编辑研究。

    去年,美国华裔医生张进在墨西哥帮助1对携带莱氏综合症基因的约旦夫妇诞下具有父亲、母亲及捐赠者 3 人基因的健康婴儿。

    莱氏综合征是1种遗传疾病,会致使新生婴儿没法正常发育。张进通过把母亲的卵细胞核移植进入捐赠者已先去除细胞核的健康卵子中,然后再植回母亲的子宫中。

    虽然这类移植技术仅仅只是稍微触及到基因编辑的范围,远不像 CRISPR 技术那样对基因进行直接编辑,但美国食品与药物管理局(FDA)还是向张进发送了1封措辞强硬的正告信。

    信中称,张进必须立刻停止在美国展开的胚胎临床实验。

    不严格立法,可能带来的后果就是非医疗为目的的基因编辑技术会大量增多,在将来乃至可能会产生1些超出常人的能力(比蝙蝠侠强,但不会到超人的地步)或超级长寿的人类,并且可以向下1代顺次传递。

    而设计婴儿让自己的后代不但是克服疾病,而是变得更美更壮。会致使人与人之间基因组的差异愈来愈小,严重影响生物多样性。

    更严重的是编辑中可能产生的脱靶或别的基因编辑失误,会引发基因的不稳定,增加慢性疾病的病发率。而这些异状不会1开始就被发现。

    当上帝其实不那末容易。

    2015 年底,中美英等多国科学家和伦理学家在华盛顿举行“人类基因编辑国际峰会”。此次会议讨论了是不是应当展开人类胚胎基因编辑技术的研究或利用。

    终究得出的底线是:制止出于生殖目的而使用基因编辑技术改变人类胚胎或生殖细胞。这意味着,用CRISPR 基因编辑帮助自己治病可以,但不能用它来制造“完善”的下1代。

    而近两年,中、英、美等国陆续为胚胎的基因编辑开了绿灯,支持改造人类可遗传性基因特性的临床努力,但仅限于可能致使严重疾病和残疾的基因的改造。月初,《自然》更是报导,美国第1个修复了人类胚胎的致病基因,将1种可能致使心衰的基因序列剪下来,得到的胚胎有 72% 没有复制致病基因。但目前用这项技术编辑的胚胎,会在实验室中及时被烧毁。

    但目前,中国对基因编辑技术不管是法律还是规范等监管措施方面仍然存在着大量空白。

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