基因编辑时代已经到来

2005年初，法国生物学家鲁道夫·巴兰古(Rodolphe Barrangou)和菲利普·霍瓦特(Philippe Horvath)在查看电脑屏幕时，发现了一些奇特的重复遗传密码片段。这些序列来自嗜热链球菌，这种细菌和其他细菌一样常常受到病毒攻击。当时有人推测这些DNA序列可能帮助细菌对抗病毒。研究人员想要弄清楚这一点，因为嗜热链球菌是制作酸奶的重要微生物之一。如果能阻止病毒攻击这种细菌，就能为他们所在的食品制造商达能公司(Danisco)节省数百万欧元。

研究人员对比了不同嗜热链球菌菌株的奇特序列，这些菌株对不同病毒都有抗性。他们发现，每个菌株的重复序列之间的DNA片段，都与能抵抗的病毒DNA相同。接着，研究人员从特定病毒提取DNA片段，将其植入没有抗性的嗜热链球菌菌株的重复序列之间。令人惊喜的是，这些菌株获得了抗性。原来，细菌在抵御病毒入侵后，会把攻击病毒的DNA片段保存在自己的基因组中，这些片段就像一本“罪犯图鉴”，为将来的防御做准备。当细胞再次遇到相同的DNA片段时，就能识别出正在受到攻击。

这个细菌免疫系统的发现让乳制品行业兴奋不已。他们现在可以根据需要的免疫力来选择细菌。这种菌株已经成为目前大多数酸奶和奶酪生产的标配，为微生物学带来了可观的商业收益。但2012年，德国马克斯·普朗克研究所的埃马纽埃尔·夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和加州大学伯克利分校的珍妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)让这项研究产生了更深远的意义。这种被称为“成簇规律间隔短回文重复序列”的CRISPR技术，可以在任何生物体的基因组中进行精确切割，包括酵母、鱼类、猪和人类。

他们的技术原理是把能制造Cas9蛋白的方法和一段CRISPR样RNA引入细胞。Cas9蛋白负责切割DNA，而RNA则指导它在哪里切割。RNA和DNA一样都携带着碱基序列。只要知道特定的DNA序列，就能轻松设计出与之互补的RNA序列。把这个RNA序列放在CRISPR RNA的一端，Cas9就会附着其上。当这个RNA和蛋白的组合在细胞基因组中找到匹配的DNA片段时，Cas9就会执行切割。

不完美之美

CRISPR技术利用了细胞自身的DNA修复机制。细胞在修复受损序列时往往不够完美，这个过程通常会“敲除”目标基因。这种敲除基因的能力正是第一批进入临床的CRISPR药物的基础。现在，实验室里已经普遍使用更复杂的技术来进行精确编辑或插入新序列，这些技术也将很快在诊所、种子公司和农场得到应用。

用基因操作来治疗疾病或改良作物并不是新想法。但早期的技术，特别是在医学领域，因为不安全或操作太复杂而难以应用，光是构建一个基因编辑器就需要几个月时间。有了CRISPR，连中学生都能在网上订购RNA序列，像收快递一样通过联邦快递(FedEx)收到编辑系统。这项技术很快就被制药巨头采用，在实验室广泛使用，催生了众多生物技术公司，还激发了可能更具突破性的创新。各国政府也在调整法规来发掘它的潜力。

这项技术的一切都在预示着它将“改变世界”。CRISPR提供了实现生物学目标的新方法，不仅能用于控制心脏病等医学领域，还能应用在农业和环境保护方面，这在过去是难以想象的。但到目前为止，世界似乎并没有太大改变。

CRISPR会不会重蹈前辈技术的覆辙，令人失望？它承诺的变革是否真的在科学家们的掌控之中？本技术季刊将为这些问题寻找答案。