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1、基因编辑技术CRISPR https:/ 做药的土豆https:/ Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”(规律成簇的间隔短回文重复)的缩写。这一叫法是90年代由西班牙科学家Francis Mojica首次提出的，他首先发现并深入研究了细菌和古生菌DNA中一连串作为原始免疫系统基础的重复序列，能够帮助细菌用来“记录”病毒入侵者的DNA。Cas9是一种蛋白质，可以识别在CRISPR中存储的特殊序列，并通过序列匹配剪切所有的DNA。虽然CRISPR-Cas9在90年代就被发现，但直到2012年才发表了来自加州大学伯克利分校的两位科学家，Je
2、nniferDoudna和Emmanuelle Charpentier的相关研究成果，这篇文章介绍了当CRISPR-Cas9这一体系从细菌中取出，再引入那些组成更复杂动植物的真核细胞时发生了什么。“当你切断细菌的DNA时，你就会杀死它。但在真核生物中，当你剪切DNA时，你会激活一种修复机制，从而开启了重写DNA的可能”。Mojica说，“Jennifer和Emmanuelle在体外开展了相关研究，效果很好”。就在几个月后，来自Broad研究所的张锋和George Church的两篇论文也报道了CRISPR作为一种基因编辑工具的早期使用，这也导致了张锋团队和Doudna-Charpentier团
3、队之间的专利争夺。我们需要知道的是，CRISPR并不是第一个允许我们在各种生物体中编辑DNA的技术工具。其他广泛使用的技术包括TALEN和zinc-finger nucleases (ZFNs)等。事实上，一些专家指出，这些工具其实有足够的时间变得更加完美，也会比CRISPR-Cas9更准确。CRISPR-Cas9的原理介绍(图片来自参考文章)但是CRISPR比其他技术有一个重要的优势，即它使用起来更加容易，也更快。以前的大多数技术都需要从头开始创建分子，以便在特定的DNA序列中做出改变。在CRISPR中，同样的Cas9分子可以通过简单合成，提供一个向导RNA(guide RNA)分子来靶向到
4、任何序列。像Synthego这样的公司已经发现了这是一个很好的商机，它们为研究人员合成商品化产品供其使用。CRISPR-Cas9能做什么？从理论上讲，CRISPR可以用来修改几乎所有生物的DNA，以适应各种不同的应用。在生物技术和制药公司，CRISPR正在成为药物发现的常用工具。在实验室里，基因编辑工具已经非常流行，并被许多人用来修改从细菌、蠕虫到老鼠、猪、甚至猴子等种属的基因组。这对于我们研究任何感兴趣的基因功能都是非常有价值的，无论是引起疾病的基因，还是能够提高作物产量的基因，或是那些在恶劣条件下都能生存的基因。值得注意的是，像农作物经过CRISPR-Cas9改造并不等同于传统的转基因技术
5、，因为这一技术并不引入外来的物种基因，而是通过经典育种技术再配合一些DNA的精确调整，方便得多。将CRISPR用于人类治疗有两种主要方法。第一种方法叫做体外基因编辑，其步骤包括提取人体细胞，在实验室进行改造，并将它们重新注回患者体内。这种方法类似于已经在市场上使用的大多数基因疗法，并且它允许更多的控制参与过程。然而，如果每个病人都需要个体化的制造过程来完成治疗，相关疗法的价格将会非常昂贵。体外基因编辑技术(图片来自参考文章)第二种方法就是体内基因编辑，是利用载体将CRISPR-Cas9送到患者体内，直接从细胞内编辑DNA。CRISPR可以通过纳米粒子等载体完成传递或编码成DNA，一旦完成任务，
6、就可以被清除出体外。人类DNA编辑，安全性？伦理性？安全性和伦理性，这两个都是目前人们遇到的最大问题。尽管每个人都在谈论CRISPR的技术和投资，但还没有人体的临床试验安全结果尽管很快就会有了。最近的一项研究指出，由于Cas9蛋白天然存在于能够感染人类的细菌中，我们中的许多人自身免疫系统早已经准备好来攻击它了。这种免疫应激不仅会使治疗无效，而且还可能引起严重的副作用。科学家们担心重蹈像基因疗法在90年代那样的覆辙，当时基因治疗的副作用导致了18岁的Jesse Gelsinger不幸死亡，让整个基因疗法发展推后数年。即使CRISPR被证明在人类中是安全的，编辑人类的基因组又是否合乎伦理呢？这项技
7、术目前的应用旨在治疗遗传性疾病，看起来还是简单明了的。但是如果我们想给这一技术设置一条红线，这条线应该画在哪里，以避免其成为那些违反伦理学，比如优生的技术工具呢？尽管以目前的发展，距离想要应用CRISPR做到自由编辑人类不同基因还为时尚早，但是未雨绸缪，现在已经是时候开始考虑如何管理这一技术了。在哪些情况允许或禁止使用该技术？至少包括Doudna在内的许多科学家都同意，应该将诸如生殖基因的编辑(germlineediting)排除在外。CRISPR相关文章发表情况(图片来自参考文章)CRISPR-Cas9疗法的参与者？自从2012年第一批研究将CRISPR-Cas9作为基因编辑工具以来，许多公
8、司都是由该技术的开发人员所建立的。比如瑞士的CRISPR Therapeutics公司，Emmanuelle Charpentier就是其共同创立者之一。该公司最近宣布，将于2018年开始在欧洲进行第一个CRISPR临床试验，用来治疗-地中海贫血疾病，他们打算利用体外方法，对病人的造血干细胞完成体外转基因。在法国，Cellectis公司被批准使用CRISPR技术来制造人类T细胞，并将其用于其CAR-T疗法来对抗癌症。而据NPR新闻报道，在中国，医生已通过基因编辑来进行癌症治疗研究。图片来源于NPR新文网在美国，宾夕法尼亚大学的科学家最近宣布，首个针对癌症的CRISPR临床试验也将很快开展。除了
9、学术界的努力，由Jennifer Doudna共同创立的Intellia Therapeutics公司将治疗神经罕见病甲状腺素运载蛋白淀粉样变性(ATTR)做为发展目标。另一家公司Editas Medicine最初由Doudna，还有Charpentier的竞争对手张锋教授共同创立，发展治疗遗传性失明和癌症等疗法。但就在张锋被授予CRISPR专利的几周后，Doudna终止了所有相关参与工作，双方出现了知识产权的分歧。CRISPR的专利纷争是相当复杂的，也很难说得清， CRISPRTherapeutics公司的联合创始人，前任CEO Rodger Novak对此表示“每个人都知道那些相互矛盾的诉
10、求。”CRISPR未来路在何方？CRISPR的相关研究已完成验证，下一个目标成就应该是如何将其转化为安全有效的治疗方法。还有不少其他的技术应用，比如利用CRISPR技术编辑猪的基因组，使它们的器官能够被移植到人体内而不产生排斥，从而缓解供体短缺的情况。由George Church共同创立的eGenesis公司已经开始着手这项工作。CRISPR还将被做为诊断工具使用。图片来源网络随着相关研究不断深入和技术进步，CRISPR还会不断带给我们惊喜。一个名为CRISPR-Cpf1的新技术可能会让基因编辑变得更容易，并已得到了广泛的研究。对此Doudna说道:“许多实验室，包括我们自己的实验室，都在忙着
11、研究其他的技术变型和它们背后的原理，所以请保持关注。”除了研究人员在不断改进基因编辑工具，CRISPR在实验室外的研究和“生物黑客“之间变得非常普遍。甚至一些人认为，这项技术相对的”低门槛“可能有助于科学的”民间化“，使科学更接近实验室以外的普通大众。然而，最近一些生物黑客将基因编辑技术用于自身的案例，也给我们敲响了警钟，未来如何监管值得被重视。无论如何，CRISPR技术对生物制药领域的强大影响已经是板上钉钉了，而且无疑将作为一项重大发现载入史册。大家都在等待CRISPR-Cas9获得诺贝尔奖那个时刻，尽管它已经被错误地预测了很多年。“评委会可能还在等待CRISPR展现出它真正的潜力，但这其实是不公平的”，CRISPR的发现者Francis Mojica表示，“CRISPR已经取得的成就远远超过了获得诺贝尔奖的其他技术工具。能够剪切和复制DNA的技术都已经获得了诺奖，CRISPR技术的作用包括编辑基因组，改变表达水平，使DNA可视化，杀灭细菌，开发诊断程序等，它甚至可以在DNA中存储一部电影。我坚信它一定会取得最后的成功，只是不确定在何时。”
