除了希望之外，CRISPR如今正走向實驗室

　　CRISPR是一種強大的DNA編輯技術。因這種強大的基因編輯技術具有巨大的潛力，它受到科學界和大眾傳媒的大量關注。2015年，它被《科學》期刊評選為當年的年度突破[1]。

　　CRISPR并不是第一個被設計來編輯DNA的分子工具，但是因為它解決了這個領域的一些長期存在的問題，它才聞名于世。首先，它是高度特異性的。當經過恰當地設計時，組成這種CRISPR系統的分子剪刀將僅在你想要它們切割的地方切割靶DNA[2]。其次，它也是相當廉價的。不同于之前的需要花費幾千美元的基因編輯系統，新手能夠以不到50美元的價格購買CRISPR工具包[3]。

　　全世界的研究實驗室正在努力將關于CRISPR技術的大肆宣傳轉化為實際的成果。作為一家非盈利的科學試劑提供商，Addgene公司已給80多個國家的研究人員提供了上萬個CRISPR工具包[4]，而且如今，科學文獻充滿著上千篇CRISPR相關的論文。

　　當給科學家們提供強大的工具時，他們能夠取得一些非常令人吃驚的結果。

　　醫學上的CRISPR革命

　　基因編輯的最有前景的和最為明顯的應用存在于醫學領域。隨著我們更多地了解多種疾病的分子基礎，僅在過去幾年，人們就已在實驗室中在校正遺傳病方面取得驚人的進展。

　　比如，以肌肉萎縮癥為例進行說明。肌肉萎縮癥是一類復雜的破壞性疾病，其特征在于肌肉中的被稱作抗肌萎縮蛋白（dystrophin）的分子組分受到降解。對一些類型的肌肉萎縮癥而言，這種降解的原因能夠在DNA水平上得到理解。

　　在2014年，來自美國德克薩斯大學的研究人員已證實他們能夠利用CRISPR在分離的小鼠受精卵中校正與肌肉萎縮癥相關的基因突變[5]，這些受精卵在被重新植入后，能夠長出健康的小鼠。到今年二月份，來自美國華盛頓大學的一個研究團隊發布了一種基于CRISPR的基因替換療法的結果[6]：這種療法主要修復了杜興氏肌肉萎縮癥對成年小鼠的影響。這些小鼠在接受這種治療4個月后表現出顯著改善的肌肉強度，接近于正常的水平。

　　利用CRISPR校正致病性的基因突變當然并不是靈丹妙藥。首先，很多疾病與我們的DNA中的堿基并無關聯。即便對由遺傳編碼導致的疾病而言，理解組成人基因組的60億個DNA堿基并不是一件小的任務。但是，CRISPR在這種情形下正在再次推動科學發展[4]；通過引入或移除新的突變（或者甚至開啟或關閉整個基因），科學家們正開始前所未有地分析生命的基礎密碼。

　　除了編輯我們的細胞中的DNA，CRISPR已具有健康方面的應用。來自美國哈佛大學和麻省理工學院的一個大型研究團隊剛發布一個基于CRISPR的技術，從而能夠準確地以極低成本地檢測寨卡病毒和登革熱病毒等病原體[7]，據估計，每個樣本的檢測成本為0.61美元。

　　利用他們的檢測系統，CRISPR的這些分子組分經干燥后被涂抹在試紙條上。體液（血清、尿液或唾液）樣品能夠在現場被加到這些試紙條上，由于他們將CRISPR組分與熒光顆粒偶聯在一起，樣品中的特定病毒的含量能夠基于可視化讀出值而被定量地給出。比如，發出明亮的藍色熒光的樣品能夠表明發生危及生命的登革熱病毒感染。這種技術也能夠區分細菌物種（用于診斷感染），甚至能夠確定每個癌癥患者的特異性基因突變（用于個人化醫療）。

　　幾乎所有的CRISPR在改進人類健康方面的進展仍然處于早期的實驗階段。不過，我們可能不需等待太長的時間來觀察這種技術應用于真實的活的人體中。生物技術公司Editas首席執行官已宣布計劃今年晚些時候給美國食品藥物管理局（FDA）提交關于一種試驗性新藥的申請文件（在開始臨床試驗之前必須開展的一個法律步驟）。該公司想要利用CRISPR校正與遺傳性兒童失明的最為常見原因相關聯的基因突變。

　　CRISPR將很快影響我們吃的東西

　　醫生們和醫學研究人員不是唯一的對讓DNA準確地發生變化感興趣的人。在2013年，農業生物技術人員已證實水稻和其他農作物中的基因能夠利用CRISPR加以修飾[8]，比如沉默與白葉枯病易感性相關聯的基因。一年不到之后，另一個不同的研究團隊已證實CRISPR也在豬體內成功地使用[9]。在此情形下，研究團隊試圖對與血液凝結相關的一種基因進行修飾，這樣殘留的血液能夠促進肉中的細菌生長。

　　迄今為止，還不能在當地的雜貨店中發現經過CRISPR修飾的食物。與醫學應用相同的是，在實驗室中取得的農業上的基因編輯突破需要時間才能轉化為商業上可行的產品，而且這些產品必須經測試后是安全的。不過，再次強調的是，CRISPR正在改變一些事情。

　　對農作物進行基因修飾的常見看法涉及將一種有機體的基因與另一種有機體的基因進行交換，比如將魚的基因放入西紅柿中[10]。盡管這種類型的基因修飾（也被稱作轉染）實際上被使用過[11]，但是存在其他的方法來改變DNA。CRISPR的優勢在于相比于之前的基因編輯技術，它更容易接受編程，這意味著非常特異性的變化能夠僅在幾個DNA堿基上作出。

　　這種精準度讓美國賓夕法尼亞州立大學植物生物學家Yinong Yang在2015年給美國農業部（USDA）寫一封信，試圖尋求它支持當前的一個研究項目。他已正在修飾一種可食用的白蘑菇，這樣，它將在貨架上具有更少的棕色。他已發現這可能能夠通過降低僅一種基因的表達量而得以實現。

　　Yang正在利用CRISPR開展這項研究，這是因為他的過程并不會引入任何外源DNA到這些蘑菇中，而且他想要知道這一產品是否會被負責對轉基因生物（GMO）制定法規的美國農業部動植物衛生檢查處（APHIS）認為是“限定物（regulated article）”。

　　它答復道，“APHIS并沒有將2015年10月30日寫的那封信中描述過的經過CRISPR/Cas9編輯的白蘑菇視為是受到法規限制的。”

　　Yang的蘑菇并不是第一個免受美國農業部當前法規限制的轉基因農作物[12]，但是它們是第一個利用CRISPR進行編輯的農作物。CRISPR讓基因編輯領域受到的大量關注正迫使美國[13]和國外[14]的政策制定者更新它們對轉基因食物的一些看法。

　　CRISPR的新前沿

　　這種強大的基因編輯技術的一種特別爭議的應用是它可能促進某些物種滅絕[15]，比如地球上最為致命性的動物，即導致瘧疾的岡比亞按蚊。據科學家們所知，這實際上是可能的，而且比爾與梅琳達-蓋茨基金會等一些嚴肅的參與者已給這個工程投資。

　　大多數CRISPR應用并不那么充滿倫理爭議。在華盛頓大學，CRISPR正幫助研究人員理解胚胎干細胞如何成熟[16]，DNA如何能夠在活細胞內進行空間上重新組裝，以及為何一些青蛙能夠再生它們的脊髓。

　　可以肯定地說，CRISPR并不僅是宣傳炒作。幾個世紀前，我們在泥版上寫東西，而在這個世紀，我們將在編寫生命。