來源：36氪

編者按：《連線》雜志發(fā)表了一系列文章來介紹最新的技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)文化。本文是CRISPR篇，作者為MEGAN MOLTENI。由36氪編譯。

在基因編輯技術(shù)發(fā)展的早期，生物學(xué)家們有一個類似于印刷機分子工具箱。也就是說，將基因加載到用來綁定目標(biāo)細(xì)胞的病毒上，改變DNA是一個混亂的、勞動密集型的過程。它涉及到的不僅僅是大量的學(xué)科交叉。 如今，科學(xué)家擁有像微軟Word那樣的工具，他們可以開始像軟件工程師修改代碼一樣輕松地編輯DNA。到底是什么推動了這一躍遷？我們稱之為2012年的Crispr大地震。

如果你問“Crispr 是什么？”簡單來說，這是一種革命性的新型分子工具，科學(xué)家們可以利用它精確定位和切割任何種類的遺傳物質(zhì)。Crispr系統(tǒng)是科學(xué)家們用來操縱地球上任何生物（包括人類）的生命密碼的最快、最簡單和最便宜的方法。

復(fù)雜點來說， Crispr 代表的是集群的定期間隔式的重復(fù)。Crispr系統(tǒng)由具有序列剪切能力的蛋白質(zhì)和遺傳GPS導(dǎo)航組成。這種系統(tǒng)在細(xì)菌王國中自然進(jìn)化出來，作為記憶和防御入侵病毒的一種方式。但是研究人員最近發(fā)現(xiàn)，他們可以重新利用原始免疫系統(tǒng)來精確地改變基因組，從而引發(fā)數(shù)十億美元的DNA黑客熱潮。

每一個行業(yè)都在向Crispr投入大量的資金——制藥、農(nóng)業(yè)、能源、材料制造。甚至連那些大麻販子都想砸錢進(jìn)去。這些公司正在利用它來制造治療癌癥的藥物、對抗氣候變化的作物、能滲出生物燃料的藻類和自我終止的蚊子。學(xué)術(shù)研究人員幾乎普遍采用Crispr來更深入地了解其模型生物的生物學(xué)。支持這一生物黑客盛宴的是一個日益擁擠的Crispr后端供應(yīng)鏈；企業(yè)建立基因編輯器設(shè)計工具和運輸合成指南RNA或Crispr 之前的細(xì)胞系到這些公司的大門。然而，到目前為止，只有很少的Crispr增強產(chǎn)品能夠?qū)嶋H進(jìn)入到消費者的手中。取而代之的是，夸張的頭條新聞引發(fā)了社會對這項技術(shù)的希望和恐懼，從拯救瀕臨滅絕的物種到引發(fā)超級嬰兒的軍備競賽。

在短期內(nèi)，Crispr不會結(jié)束疾病、饑餓或氣候變化。也許永遠(yuǎn)不會。設(shè)計者也不會改變孩子的基因或犯下基因滅絕罪。（但開始談?wù)撊绱藦姶蟮募夹g(shù)可能帶來的倫理困境，永遠(yuǎn)不會太早。）然而，Crispr 已經(jīng)開始以更不激進(jìn)的方式重塑我們周圍的物理世界，一次一個堿基對。

CRISPR的歷史

這是從酸奶開始的。為了制造酸奶，乳制品生產(chǎn)商長期以來一直使用嗜熱鏈球菌（ streptoccus thermophilus ）來提供幫助。嗜熱鏈球菌是一種吞噬牛奶中乳糖并排出乳酸的細(xì)菌。然而，直到2005年，一位名叫魯?shù)婪颉ぐ吞m古（Rodolphe Barrangou）的年輕微生物學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，嗜熱鏈球菌中含有奇怪的重復(fù)DNA序列片段——Crisprs，這些序列保證了嗜熱鏈球菌免受那些能夠?qū)е缕茐牡牟《镜那忠u。（如果嗜熱菌消失了，鼻細(xì)菌（ nastier bacteria）會進(jìn)入其中，以乳糖為食，破壞產(chǎn)品。）

不久，杜邦收購了巴蘭古供職的丹麥公司，并開始使用Crispr來保護其所有酸奶和干酪培養(yǎng)物。由于杜邦擁有全球乳制品市場50 %的份額，這意味著你可能已經(jīng)在比薩上吃到過經(jīng)Crispr優(yōu)化的奶酪了。

與此同時，基因測序的成本直線下降，世界各地的科學(xué)家正在組裝細(xì)菌的基因組。正如他們所做的那樣，他們發(fā)現(xiàn)Crisprs隨處可見——超過一半的細(xì)菌王國都有Crisprs。通常，這些序列的兩側(cè)是一組編碼的一類稱為內(nèi)切核酸酶的切鏈酶的基因。科學(xué)家懷疑它們參與了這種原始的免疫系統(tǒng)，但究竟是怎么回事？

關(guān)鍵的洞察力來自于一種特別令人討厭的病菌，它能引起喉嚨不舒服。它的Crispr系統(tǒng)產(chǎn)生了兩個RNA序列，這兩個RNA序列連接到一種稱為Cas9的蛤形內(nèi)切核酸酶上。就像遺傳GPS一樣，這些序列將酶導(dǎo)向與RNA序列互補的DNA鏈。當(dāng)它到達(dá)那里時，Cas9改變了形狀，抓住 DNA 并將其切成兩半。做出這一發(fā)現(xiàn)的分子生物學(xué)家詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna ）和艾曼紐·夏彭蒂爾（Emmanuelle Charpentier）在2012年與《科學(xué)》雜志上發(fā)表了他們關(guān)于細(xì)菌的研究成果。但在將這一技術(shù)作為基因工程的一種工具獲得專利之前，這一點是不可能實現(xiàn)的。如果你切換RNA導(dǎo)航，你就可以把Cas9送到任何地方——比如說，把引起亨廷頓舞蹈病的基因剪下來。他們意識到，Crispr將是分子生物學(xué)家的曲速引擎。

六個月后，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)一位名叫張峰的分子生物學(xué)家在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇論文，展示了Crispr - Cas9是如何編輯人類細(xì)胞的。事實上，有了正確的基因?qū)Ш�，你幾乎可以使任何東西變得縱橫交錯。這意味著它可能被用于研制下一代藥物，這些藥物可以消除遺傳缺陷，增強人體對癌癥的天然防御能力。這意味著大量的金錢。

也可以預(yù)見，一場專利之爭將隨之而來，至今仍在繼續(xù)。Crispr的先驅(qū)者創(chuàng)建了三家擁有獨家許可證的公司，利用Crispr / Cas9來治療人類疾病；首批臨床試驗預(yù)計將于2018年在美國開始。關(guān)于誰將最終擁有這項技術(shù)的不確定性幾乎沒有減緩人們對Crispr的欲望。如果說有什么不同的話，那就是它引發(fā)了人們對開發(fā)相互競爭和相鄰工具的興趣，這些工具有望進(jìn)一步完善和擴大Crispr的潛力。

CRISPR的未來

就目前而言，Crispr仍然是生物學(xué)家的流行語。但是就像計算機從一個乏味的、專門為數(shù)學(xué)愛好者設(shè)計的工具演變成了我們身體無處不在的、無形的延伸一樣，Crispr總有一天會無縫地編織到我們現(xiàn)實的結(jié)構(gòu)中。如果這只是一個生物性的問題，問題很容易就能解決。

以工業(yè)發(fā)酵為例。在老式基因工程技術(shù)的幫助下，科學(xué)家們已經(jīng)將大腸桿菌和啤酒酵母等微生物，重新編程到可以生產(chǎn)從胰島素到乙醇等各種物質(zhì)的工廠中。Crispr將迅速擴大生物精煉廠所能生產(chǎn)的設(shè)計化學(xué)品、分子和材料的目錄。自愈合混凝土？耐火、以植物為基礎(chǔ)、比鋁還輕的建筑材料？完全可生物降解的塑料？Crispr不僅使所有這些成為可能，也使大規(guī)模生產(chǎn)它們成為可能。

但是，我們現(xiàn)在擁有的工具無法達(dá)到這個目標(biāo)。這就是為什么研究人員現(xiàn)在競相繪制更清晰的Crispr世界的全貌。此時此刻，他他們正在全球范圍內(nèi)搜尋模糊細(xì)菌的序列，他們正在修補已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)。他們每遇到一個有希望的新核酸酶就申請專利，在未來的十年里，這個列表一定會擴大。每一種新的酶不僅將提高Crispr的基因編輯能力，而且還會將它的能力擴展到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出DNA能處理的范圍。你看，切片和切割并不是對DNA能做的唯一有趣的事情。新的Crispr系統(tǒng)可以臨時切換基因的開關(guān)或監(jiān)測基因組，以修復(fù)突變，因為它們是實時的，所以不需要剪切。第一種方法可以讓科學(xué)家在不永久改變病人DNA的情況下，治療某些物質(zhì)（如胰島素）含量過高或過低的人類疾病。第二種方法有一天可以預(yù)防癌癥等疾病的發(fā)生。Crispr的特性，可能超過了它實際的切割機制，它將激發(fā)出我們無法想象的應(yīng)用。