在过去的几年里，CRISPR不断占据科技新闻的头条。专家预测，这种基因编辑技术将改变我们的地球，彻底改变社会的方方面面，以及和与我们共存的生物体。与其他基因工程技术手段相比，CRISPR（也被称为CRISPR-cas9）更加精确、廉价、易于使用并且功能非常强大。
发现于20世纪90年代早期、7年后首次用于生物化学实验研究的CRISPR技术已迅速成为最受研究人员欢迎的基因编辑工具，在生物学、农业学和微生物学等领域广泛应用。
▲药明康德独家深度报告：基因编辑改写人类的未来（图片来源：123RF）
科学家们仍处于利用CRISPR改变世界的最早期阶段。当然，改变DNA——这种生命源代码的能力也引发了许多伦理问题。最近，科技新锐媒体《Futurism》撰文描述了这项革命性技术最令人兴奋的用途，以及可能减缓或阻止CRISPR技术充分发挥潜力的障碍。
1.纠正导致疾病的基因错误
肥厚性心肌病（HCM）是一种严重的心脏疾病，大约每500人中就有1人可能患病。发病原因是由于某些显性基因突变导致心脏组织僵硬，从而导致胸痛、虚弱，以及严重的心脏骤停。由于最近的医学进步，HCM患者的平均预期寿命已经接近普通人。虽说对大多数人并没有致命的危险，但它却是30岁以下的人发生心脏猝死的主要原因。
但是未来，我们也许可以利用基因编辑来一劳永逸地治愈这种疾病。
2017年夏天，俄勒冈健康与科学大学（OregonHealthandScienceUniversity）的科学家们使用CRISPR技术敲除了在可生育的人类胚胎中的某个缺陷基因。研究结果显示：在受精18小时后注入CRISPR-Cas9基因编辑的54个胚胎中，有36个胚胎的基因中没有携带任何突变(实际上就意味着不会患病)，13个胚胎只获得部分修复（有50%的几率可能会遗传HCM）。
换句话说，这13个胚胎的基因编辑产生的是嵌合体（mosaics），即只有一些细胞的基因编辑成功，这意味着仍有可能会遗传到致病的基因突变。
为了进一步减少基因编辑的不完全成功，研究人员进行了另一项实验，受精时直接在胚胎中修改目标基因。他们发现，最后只有一个胚胎存在嵌合体，这是一个令人振奋的结果，比以往的类似研究要有效得多（2015年在中国进行的一项临床试验，曾报道无法避免嵌合体）。
▲该项研究的主要作者、俄勒冈健康与科学大学的研究员ShoukhratMitalipov博士（图片来源：俄勒冈健康与科学大学官方网站）
该项研究的主要作者、俄勒冈健康与科学大学的研究员ShoukhratMitalipov博士认为：“使用CRISPR技术，有可能减轻这种遗传性疾病对家庭和全人类的疾病负担。”如果在胚胎发育的最初阶段解决基因突变问题，那么有可能患者一生中就不需要治疗了。
尽管还一些干细胞科学家质疑致基因突变是否确实被修复，但这项研究帮助科学家们更好地理解CRISPR的能力。此外，这项HCM研究的合作者之一已经表示有兴趣将CRISPR技术应用于乳腺癌风险基因突变BRCA1和BRCA2。
不过，改变人类胚胎的遗传密码可能会产生意外后果。如果CRISPR编辑了错误的地方，并无意中改变或敲除了健康基因会对患者会有什么影响？
鉴于基因编辑的安全性，世界各国对人体胚胎基因编辑试验有伦理和监管上的约束。目前，美国FDA不支持财政资金资助改变遗传基因的研究（俄勒冈健康与科学大学研究中的胚胎不是以植入为目的，而且这项研究是私人资助的）。在加拿大，编辑可以遗传给后代的基因是一种刑事犯罪，最高刑罚是十年监禁。与此同时，在英国，人类受精和胚胎学管理局（HumanFertilizationandEmbryologyAuthority）在2016年同意了伦敦的一个研究团队从事人类胚胎基因编辑研究。英国的科学家们希望这将开创一个先例，打开未来的基因编辑应用的大门。
2.消灭导致疾病的微生物
尽管随着许多治疗艾滋病毒的疗法面世，艾滋病感染已经从致命变成了一种可控的疾病，但科学家们仍然没有找到治愈方法。随着CRISPR技术的发展，这种情况可能会发生改变。
2017年，广州医科大学附属第三医院范勇教授领导的研究团队完成了一项有关人类胚胎基因编辑方面的研究，通过复制能有效防止病毒进入细胞的基因突变，成功地增强了小鼠对艾滋病毒的抗药性。这种诱发HIV抗性的突变在一小部分人身上天然存在。通过使用CRISPR技术将这种抗性突变引入人类干细胞，将来有望大大增强人类的HIV抗性。
在中国，另一项基因编辑试验将于2018年7月开始，中山大学附属第一医院的研究团队采用CRISPR技术破坏人类乳突病毒（HPV）的基因——一种会导致宫颈癌肿瘤的生长病毒，来预防宫颈癌。
北卡罗来纳州的科学家们采用了一种略微不同的方法，利用CRISPR制造噬菌体——一种在细菌内感染和复制的病毒，用来杀死有害细菌。自20世纪20年代以来，噬菌体被用在治疗细菌感染的临床试验研究。但是由于从自然界获取噬菌体很困难，加上缺乏科学上的理解使得噬菌体疗法的结果难以预测，以及抗生素市场的不断发展，导致噬菌体疗法一直不受重视。
即使在今天，一些研究人员仍然担心大量噬菌体进入人体可能会引发免疫反应或引起抗药性细菌对噬菌体产生抵抗力，从而使噬菌体不能消除细菌。
然而，尽管人体试验尚未开始，研究人员仍然乐观地认为CRISPR技术可以用于开发噬菌体疗法，因为它们是治疗细菌感染的安全有效方法。事实上，在2017年的一项试验中，研究人员曾用CRISPR编辑噬菌体成功治疗抗生素感染的小鼠。
3.复活物种
2017年2月，哈佛大学遗传学家GeorgeChurch教授在年度美国科学促进协会（AmericanAssociationfortheAdvancementofScience）的年会上发表了一个令人惊讶的声明。他表示自己的团队将在2年内开发出大象-猛犸象杂交的胚胎。
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Church教授希望通过复活长毛猛犸象控制全球变暖趋势，他认为猛犸象有助于保护冻土环境。
▲图片来源：123RF
Church教授和他的团队希望利用CRISPR技术把来自亚洲象（一种濒危物种）和长毛猛犸象的基因结合起来。猛犸象已经灭绝，因此基因样本是从西伯利亚发现的冷冻毛球上回收和提取的DNA。通过将猛犸象的基因组加入到亚洲象的基因组中，所得到的有机体将具有猛犸象的普遍特征，比如长毛，在寒冷的气候中可以起到保暖作用。最终的目标是将这个杂交胚胎植入大象体内，使其完全发育成熟。
虽然这项研究充满希望，但是许多专家认为Church教授的时间表有点过于乐观。即使研究人员能够培育出功能完全的杂交胚胎，将其植入Church教授提到的人造子宫中生长将是另一个需要克服的障碍。不过，Church教授的实验室已经能够在人造子宫内培育出妊娠期一半的小鼠胚胎，大约发育10天时间。但是这并不能确保我们在未来几年会见证一头长毛象的诞生。
4.创造新的、更健康的食物
在农业研究领域，CRISPR基因编辑应用也大有前途。来自纽约冷泉港实验室（ColdSpringHarborLaboratory）的科学家正在使用CRISPR来提高番茄的产量。该实验室开发了一种方法来编辑决定西红柿大小、分枝、形状的基因，最终提高产量。
▲首席研究员、冷泉港实验室ZacharyLippman教授（图片来源：冷泉港实验室官方网站）
“现在，每一个性状都可以像控制灯泡开关那样来调节，”首席研究员、冷泉港实验室ZacharyLippman教授表示：“我们现在可以利用原生的DNA，提高自然的能力，我们相信这有助于突破产量障碍。”
为世界饥荒提供高产农作物只是个开始，科学家也希望CRISPR能帮助摆脱转基因生物的“污名”。2016年，杜邦先锋（DuPontPioneer）农业技术公司开发出一种CRISPR编辑的玉米新品种，考虑到用了基因编辑的方法，从技术上而言它不是转基因玉米。
转基因生物和基因编辑作物之间的区别相当简单。传统的转基因生物是通过将外源DNA序列插入作物的基因组，将性状或属性传递给未来的生物体。基因编辑比这更精确：它能够精确地改变原生基因组特定位置的基因，通常是破坏某些基因或改变它们的位置，而不需要引入外源DNA。
▲图片来源：123RF
尽管转基因食品在消费者中引起争议，但杜邦先锋等公司希望基因编辑的食品会受欢迎。美国市场上出现转基因生物已经有几十年，科学家们还没有发现任何健康风险，但即使是转基因生物的支持者也承认，科学家们仍然不能明确长期风险。同样的情况也发生在CRISPR编辑的作物上。当然，科学家们会继续测试和评估这些作物，以确保没有意外的副作用，但是这项早期工作充满发展前景。最终，CRISPR编辑的作物很可能会席卷全球市场。
杜邦先锋公司希望2020年前将“waxy”基因编辑的玉米引进美国市场。有一种基因编辑的蘑菇已经绕过美国农业部的规定，因为它不含有来自病毒或细菌的外源DNA，这是第一个在美国销售的CRISPR编辑农作物。瑞典也已经宣布，将对CRISPR编辑的农作物和转基因农作物采取分类和管理，但欧盟委员会尚未表明立场。
5.消灭地球上最危险的害虫
像上面提到的，CRISPR基因编辑技术可以直接治疗疾病，但一些研究人员想通过消除传播途径来减缓传染性疾病的传播。加利福尼亚大学河滨分校（UniversityofCalifornia，Riverside）的科学家培育出一种蚊子，它们特别容易受到CRISPR编辑的影响，这使得科学家们可以轻易地控制蚊子传给后代的特性。结果，研究人员通过改变眼睛、翅膀和角质层发育的基因而产生黄色、三眼、无翅膀的蚊子。
研究小组正在测试一种“基因驱动（genedrive）”系统，通过干扰蚊子基因组多个位点上的目标基因，使这些抑制性的特性得到传播。基因驱动是一种根本上确保特征能够遗传的方法。通过损害蚊子的飞行和视力，研究小组希望大大降低蚊子在人类中传播危险传染病的能力，比如登革热和黄热病。
▲图片来源：123RF
其他研究人员正通过阻碍蚊子的繁殖减少蚊子群体的数量。2016年，在伦敦帝国理工学院（ImperialCollegeLondon）的一个研究小组利用CRISPR技术，通过基因驱动系统改造雌性疟蚊的繁殖特性，使不育性状更有可能在群体中被遗传。
但是，干预蚊子种群可能会造成意外后果。消灭一个物种，即使是一个看起来没有太多生态价值的物种，也会破坏生态系统的微妙平衡。这可能会造成灾难性的后果，例如破坏食物链，或者增加疟疾等疾病被其他物种传播的风险。
未来
目前的科学成果表明，CRISPR不仅是一种多功能的技术，而且能够被精准和越来越安全的使用。但是我们才刚刚开始见证CRISPR-Cas9这样的基因组编辑技术的潜力。
未来的世界里，我们可能使用基因工程化的食物解决粮食问题，消除遗传疾病，或者复活灭绝的物种。通往未来的道路上，仍然存在技术和伦理的障碍。但是我们已经在路上。
参考资料：
[1]CRISPRFuture:FiveWaysGeneEditingWillTransformOurWorld
[2]SecondChineseteamreportsgeneeditinginhumanembryos
[3]Boominhumangeneeditingas20CRISPRtrialsgearup
（来源：药明康德）
