這是基因編輯歷史上最輝煌的一年，一方面是獲得了科學(xué)界最耀眼的獎(jiǎng)項(xiàng)，另一方面是在治療各種疾病上取得了進(jìn)展：

通過(guò)編輯基因可以改變動(dòng)物性別，讓生雄性提升了25%的概率；

另外，令人頭疼的線粒體遺傳疾病、鐮狀細(xì)胞病等也都將被治愈；

基于CRISPR基因編輯技術(shù)的新冠病毒快速檢測(cè)試紙，能夠大大提高檢測(cè)效率并且降低操作難度和檢測(cè)成本……

2020年“火了”，因?yàn)樾鹿谝咔?，世界仿佛瞬間停止了，又緩慢啟動(dòng)了，成千上萬(wàn)的生命科學(xué)家在努力研究新冠病毒是如何對(duì)人體造成嚴(yán)重破壞。

在這種困難的大環(huán)境下，CRISPR基因編輯竟然取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

基因編輯

今天我們就來(lái)看看，2020年，基因編輯領(lǐng)域有哪些重大突破吧。

幾千年來(lái)，人類一直在通過(guò)動(dòng)物繁殖來(lái)修改有體毛、羽毛的動(dòng)物DNA，從而產(chǎn)生最理想的特征。現(xiàn)在有了CRISPR，人們不再需要等待幾代才能做出顯著的基因改變。

今年，研究人員迎來(lái)了一批特殊的動(dòng)物，其中有防大流行的豬，它們的細(xì)胞在編輯中，被去掉了各種容易被呼吸道病毒感染的分子；還有不容易感染禽類疾病的雞等。

4月，在加州大學(xué)戴維斯分校科學(xué)家們的努力下，一只名叫Cosmo的小黑牛出生了。

科學(xué)家將一個(gè)名為SRY的基因敲入了牛皮膚細(xì)胞中，僅靠它的單獨(dú)作用，就可以使雌性變成雄性——這樣的雄性牛將有著更強(qiáng)壯的肌肉，以及陰莖和睪丸（盡管不能制造精子）。

也就是說(shuō)，Cosmo未來(lái)后代中有75%是雄性，而不是天然的50%。這是全世界第一頭被CRISPR基因編輯過(guò)的牛，這也證明了未來(lái)，全雄性牛群可能成為現(xiàn)實(shí)。

因?yàn)榇菩匀馀暳限D(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的效率較低，所以從理論上講，這種方法可能意味著土地上的動(dòng)物數(shù)量減少，這對(duì)牧場(chǎng)主和環(huán)境都是一種雙贏。

被改變了基因組的Cosmo小黑牛

多年來(lái)，自從美國(guó)食品和藥物管理局于2017年決定規(guī)范CRISPR和其他動(dòng)物藥物以來(lái)，關(guān)于農(nóng)業(yè)、動(dòng)物的基因編輯的未來(lái)一直不確定。 

但是，12月21日，美國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)農(nóng)作物的類似變化進(jìn)行了監(jiān)管，該機(jī)構(gòu)也將負(fù)責(zé)監(jiān)督食物和動(dòng)物的基因編輯。

如果成功的話，此舉將使育種者更容易將CRISPR基因編輯的牛、雞、豬和羊帶到美國(guó)市場(chǎng)。

CRISPR賦予了人類一把“基因魔剪”，可以精準(zhǔn)容易地編輯任何基因。除了癌癥以外，這一基因編輯技術(shù)有望提供一系列遺傳性疾病，例如逆轉(zhuǎn)失明和聾啞癥狀的新方法。

據(jù)美國(guó)國(guó)家公共廣播電臺(tái)(NPR)報(bào)道，在臨床試驗(yàn)中接受CTX001治療的首例美國(guó)患者是34歲的維多利亞·格雷(Victoria Gray)，她來(lái)自美國(guó)密西西比州，患有鐮狀細(xì)胞病(SCD)。

這個(gè)病影響著全世界數(shù)百萬(wàn)人，遺傳缺陷導(dǎo)致骨髓產(chǎn)生缺陷蛋白質(zhì)，使血細(xì)胞呈鐮狀，堅(jiān)硬和粘稠。

變形的細(xì)胞卡在血管內(nèi)，不能正常攜帶氧氣，導(dǎo)致許多衰弱癥狀，并且通常最終導(dǎo)致生命縮短的并發(fā)癥。

CRISPR首次治療鐮狀細(xì)胞病

“當(dāng)你不能走路或舉起勺子喂自己時(shí)，一切都變得太可怕了”，格雷說(shuō)。

早些時(shí)候，醫(yī)生將超過(guò)20億個(gè)編輯好的細(xì)胞注入格雷體內(nèi)。15個(gè)月后，格雷沒(méi)有任何意外的癥狀，這表示，在某種程度上講，她可以過(guò)上跟正常人一樣的生活了。

2020年12月，一個(gè)由CRISPR治療公司和Vertex制藥公司共同開發(fā)的治療方法開始進(jìn)入了使用階段。該試驗(yàn)?zāi)壳罢谥委熁加?/span>β地中海貧血相關(guān)疾病的患者。

在兩組患者中，這種治療似乎都是安全的，到目前為止，它減少了定期輸血的需要，是否能成功治愈還需要更多數(shù)據(jù)，但目前已經(jīng)是個(gè)好消息了。

在過(guò)去的幾年中，由CRISPR專利競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手UC Berkeley和Broad Institute分離出來(lái)的初創(chuàng)公司一直在為了開發(fā)商業(yè)診斷程序而奔波。

這個(gè)想法是利用CRISPR的可編程基因搜索功能，從病毒，細(xì)菌或真菌中拾取在病人體液中循環(huán)的少量外來(lái)遺傳物質(zhì)，并通過(guò)看起來(lái)像妊娠試驗(yàn)的方法來(lái)提供檢測(cè)結(jié)果。

這樣的好處是價(jià)格便宜、操作簡(jiǎn)單，可以大范圍進(jìn)入人們的日常生活。

基于CRISPR的技術(shù)可以檢測(cè)病毒DNA

疫情加快了人們對(duì)這類檢測(cè)的需求。

今年夏天，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了兩項(xiàng)基于CRISPR的測(cè)試，均用于檢測(cè)COVID-19。波士頓的生物科學(xué)公司Sherlock Biosciences于5月獲得了測(cè)試的批準(zhǔn)，緊隨其后的是生物科學(xué)公司Mammoth Biosciences。

這標(biāo)志著FDA首次允許將基CRISPR的診斷工具用于患者。這些測(cè)試仍需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行分析，但是它們比檢測(cè)COVID-19的標(biāo)準(zhǔn)方法（稱為PCR）要快，通常需要4至8個(gè)小時(shí)來(lái)運(yùn)行。

線粒體是細(xì)胞的“能量工廠”，線粒體內(nèi)有一套獨(dú)立于細(xì)胞核的遺傳物質(zhì)——線粒體DNA，人類mtDNA的長(zhǎng)度為16569bp，擁有37個(gè)基因，編碼13種蛋白，這些蛋白都參與細(xì)胞的能量代謝。

mtDNA突變會(huì)帶來(lái)母系遺傳Leigh綜合征、線粒體肌病、Leber遺傳性視神經(jīng)病、共濟(jì)失調(diào)舞蹈病、骨骼肌溶解癥等幾十種遺傳疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)5000個(gè)成人中就至少有1個(gè)患線粒體遺傳病。

然而， 似乎無(wú)所不能的CRISPR基因編輯，面對(duì)線粒體遺傳病卻顯得束手無(wú)策，主要原因是線粒體基因組相對(duì)較小，缺少足夠的可編輯位點(diǎn)；

此外，目前并無(wú)有效方法將外源RNA高效導(dǎo)入線粒體內(nèi)。

基因編輯也許對(duì)線粒體遺傳病有效

但是今年夏天，西雅圖和波士頓的科學(xué)家發(fā)表了一項(xiàng)研究，表明他們發(fā)現(xiàn)了一種利用生物膜形成細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的奇怪酶來(lái)精確改變線粒體DNA的方法。

這項(xiàng)工作在廣泛的研究機(jī)構(gòu)和哈佛大學(xué)的進(jìn)化黑客實(shí)驗(yàn)室推出了一系列突破性的DNA改變工具，是基因編輯領(lǐng)域的又一大突破。

10月，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna憑借CRISPR基因組編輯獲得了2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

CRISPR自2012年問(wèn)世以來(lái)，徹底改變了生物學(xué)研究領(lǐng)域。此后，科學(xué)家已經(jīng)使用該工具進(jìn)行了300,000多個(gè)研究，包括蚊子、西紅柿、獵狗，甚至人類。

它便宜，快速且易于使用，如今，科學(xué)家們可以方便使用CRISPR組件。

2020諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

歷史上獲得諾貝爾獎(jiǎng)的女性不多，對(duì)此，Doudna表示：許多婦女認(rèn)為，無(wú)論她們做什么，她們的工作都不會(huì)像男人一樣得到認(rèn)可。

但其實(shí)并不是，這次的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)強(qiáng)有力地表明，婦女可以做科學(xué)，婦女可以做化學(xué)，偉大的科學(xué)可以得到認(rèn)可和尊重。

CRISPR技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，就有著其它基因編輯技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)不斷改進(jìn)后，更被認(rèn)為能夠在活細(xì)胞中最有效、最便捷地“編輯”任何基因 ，在醫(yī)療、生物科學(xué)、農(nóng)業(yè)等方面都有很大作用。

但反過(guò)來(lái)講，任何一項(xiàng)技術(shù)都是雙刃劍。2018年，賀建奎“基因編輯”了一對(duì)雙胞胎嬰兒，引起社會(huì)嘩然。

顯然，“設(shè)計(jì)嬰兒”已經(jīng)不存在無(wú)法克服的技術(shù)障礙，但是我們是否要在人類身上使用基因編輯工具，以消除遺傳疾病或增強(qiáng)人類？這是一個(gè)道德問(wèn)題，也是一個(gè)政策問(wèn)題。

基因編輯嬰兒

當(dāng)汽車、飛機(jī)剛開始出現(xiàn)時(shí)，總會(huì)有人擔(dān)心馬車該何去何從？當(dāng)機(jī)械自動(dòng)化出現(xiàn)時(shí)，又有人擔(dān)心機(jī)器會(huì)不會(huì)搶走我們的工作？

但是技術(shù)一旦開始加速前進(jìn)，就必然會(huì)失控，人類無(wú)法阻止技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，更別想重回田園牧歌時(shí)代，凱文·凱利早就在《失控》中為我們預(yù)測(cè)了未來(lái)，技術(shù)帶來(lái)的問(wèn)題只有靠不斷發(fā)展新的技術(shù)才能解決。

放在我們面前的挑戰(zhàn)是：如何更好地利用基因編輯技術(shù)為人類造福，如何給這項(xiàng)技術(shù)設(shè)置邊界。

參考資料：

https://www./story/2020-was-a-breakout-year-for-crispr/

https://www./prizes/chemistry/

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