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来自瑞典的一名生物学教授和记者刚刚品尝了第一顿转基因大白菜，它们的基因由CRISPR技术编辑。这俩哥们吃的是大白菜炒面，但只有白菜的基因被改变了。据说味道很好，但其意义远远不止填饱肚子那么简单。

转基因，该不该

瑞典Umea大学的生物学家Stefan Jansson负责培育白菜和并用白菜来制作晚宴。在遇到当地记者Gustaf Klarin之前，他更倾向于吃自己在花园里种的蔬菜作物。

Jansson写道：“让我们又惊又喜的是，这顿饭竟然这么好吃。我们都吃得很舒服，Gustaf甚至认为白菜是盘中最美味的蔬菜。我也对此深信不疑。”

Jansson使用CRISPR-Cas9基因组编辑工具修改白菜的基因，这种基因编辑工具在科学界引起了巨大的反响，因为它比以前的任何基因编辑工具更快，更便宜，更准确。它的工作原理：酶Cas9充当一对“分子剪刀”，可以在基因组中特定的位置，切开DNA的两条链，这样就可以在DNA中添加或删除基因了。科学家们可以使用CRISPR修复突变的基因，从而达到治疗的目的，如治疗视网膜变性，甚至治疗HIV。该工具还可以用于人类胚胎基因的修改，使得宝宝的体格和认知能力均有所增强。这就是为什么有许多关于CRISPR的伦理争议以及如何规范它的讨论。

Jansson做的是用CRISPR技术去除白菜的一小部分DNA，该区域编码一种被称为PSBS的蛋白，瑞典教授称之为“光合作用安全阀”。

这标志着转基因植物第一次在实验室外培养。为了使其合法，Jansson还有很多事情要做，他钻了一个法律的漏洞。显然，瑞典当局并未把他的基因编辑白菜当作经遗传修饰的生物体，因为它不具有任何外源DNA，而是否含有外源DNA是欧盟对于转基因生物的基本定义。所以他的白菜不受欧盟法规的约束。此外，杨松称：“精准的相同变化也可自发进行。”

Jansson说“即使这种植物被认定是转基因作物，培养它的人并不能因为未被证明的东西而遭受谴责。作为检察官的基本准则是他必须证明犯罪的发生才能指控某人犯罪”。

蝌蚪五线谱编译自zmescience，译者 杜晟，转载须授权

科学家们刚刚用CRISPR做了10件惊人的事情

盛夏的夜晚，你躺在床上已昏昏欲睡，这时会有一两只讨厌的蚊子在你耳边嗡个不停，除非它吃饱喝足或者被你一掌拍死。

臭蚊子让你不能好眠，你是不是觉得特别愤恨？不要担心，或许在未来，无论是嗡嗡飞的蚊子，还是盘子里的食物、偎依在你脚边的宠物、花园里的植物，甚至是你身体里的细胞、你孩子的大脑和身体，所有这些都可以通过基因工程技术来改造，使得蚊子不吸血、植物更强壮、宠物更乖巧，以及你和你的孩子更健康。

“设计婴儿”的时代？

许多科幻作品常提到“设计婴儿”概念，比如科学狂人想要控制世界，他们开始从胎儿抓起，为胎儿提供超能力特征，于是带着量身定制超能力的婴儿们就降临于世。

从某种程度上来说，这些曾经是天方夜谭的事情，如今已经变得触手可及。而依靠的就是一种“风靡全球”的基因编辑技术（对特定DNA片段的敲除、加入），被称为CRISPR/Cas9系统。如果这种技术变得更加成熟，那么婴儿在出生前，就可以根据需要修改他们的基因。

2015年，我国的研究人员曾利用无法发育成婴儿的受精卵来进行研究，然后用CRISPR/Cas9系统来剪切受精卵中人的HBB基因，因为HBB基因突变会导致β地中海贫血症。他们注射了86个受精卵，其中71个受精卵存活。在做检测的54个样品中，有28个受精卵的HBB被剪切了。至此，基因编辑人类胚胎的设想变成了事实。

相关技术目前已被应用在植物和动物身上，编辑人类基因只是时间问题。只是，这一成果有可能会引发法律和道德争议。

基因编辑新方法

尽管人为修改人类DNA在现实中也早就不是一件新鲜事，但从没有一项技术能够像CRISPR/Cas9系统这样精准和高效地完成改变人类的DNA这件事。那么，CRISPR/Cas9系统是什么？它又如何完成这项微小精确的工作呢？

其实CRISPR/Cas9系统本身是一种防御系统，是某些细菌用来对付入侵病毒的工具，但科学家发现这种系统很容易改变为编辑基因的工具。

首先，科学家借用一种相当于“传送机”的无害病毒，将向导RNA、剪切蛋白和替代DNA片段输入细胞中。然后，向导RNA和剪切蛋白会贴在目标DNA的特定位置上，剪切蛋白会在这里将DNA的双链剪断，但细胞自身具有修复DNA的能力，它会尝试寻找看起来差不多的DNA片段作为样板来修复这种断裂。如果替代DNA片段与原来的类似，那么细胞会把替代DNA片段安装在断裂处。因此，通过提供不同的DNA来修复断裂处，你就可以修改碱基对，删除某段序列，或者加入整段新的基因等等。这样，就完成了对基因的修改。

借用它，我们能查看某个阶段基因在做些什么，并能轻易地“关闭”基因的表达；它可以引入特定的突变，找出是什么使细胞癌变或使人患病；还可以调整植物和动物的基因，创造出抗旱的玉米以及有更多肌肉的警犬等等。

在实验室中，使用传统方法构建基因不仅操作繁琐，而且花费昂贵。而CRISPR/Cas9系统成本相对较低，并且是较为简单的、相对精确的基因编辑方法。在被发明之后仅仅几年的时间里，它已经在生物医学研究领域产生重大影响。有些科学家认为，有一天CRISPR/Cas9系统将可能有助于治疗很多类别的基因疾病，比如——

无先天缺陷婴儿的设想

每个家庭都希望自己的孩子能健康快乐，对于准父母来说，最担心的事情莫过于未出生的孩子是否健康了，而判断胎儿疾病的方法包括产前测试（比如孕期致病基因突变筛查），还有就是胚胎植入前遗传学诊断，这是针对体外受精的胚胎所进行的筛选。只有确定胚胎不会出现任何问题，才将其植入母体子宫内。目前胚胎植入前遗传学诊断已经能筛选出数千种严重的遗传病。

但是，如果一个孩子遗传了两种或两种以上疾病风险，胚胎植入前遗传学诊断的方法就显得不太实际了。因为对于两种疾病风险，3/4的胚胎可能就不合适了，而每次进行体外受精，只有少数胚胎能成功发育，除去3/4的胚胎显然不太可能实现。事实上，即使少数能发育成功的胚胎，可能也会有致病的基因突变。

这种情况下，与其像买**般寄希望于生出健康宝宝，不如干脆利落地用CRISPR/Cas9系统对某个胚胎进行基因编辑，修复“不好的”DNA，使胚胎不被丢弃。

它可以永久改变我们的后代的基因组来消除疾病。通过加入“有益的”基因或使基因变异，提高先天缺陷婴孩的身体健康水平，或许能让人们活得更长、更健康、更幸福。

治疗疱疹

每个人的身体里都潜藏着病毒。比如说，你很可能在某个时候感染了人乳头状瘤病毒。人乳头状瘤病毒将自己的DNA插入到细胞的基因组中，使自己能隐藏几十年，如果你的免疫系统出错的话，它会被激活，然后感染更多的细胞。其后果可能是致命的：人乳头状瘤病毒可引起颈部、咽喉、肛门和宫颈的病变。

单纯疱疹病毒也能做类似的事情，在口腔或生殖器周围的感觉神经细胞中加入一个或多个自己DNA的复制品，可导致口腔周围或生殖器皮肤溃疡。不仅仅是它们两种，还有其他几种常见的病毒也可以利用这种卑鄙的伎俩隐藏在你身体里。

当前我们能做的，最好是帮助免疫系统抑制病毒的活动。现在，随着CRISPR/Cas9系统的发展，基因编辑领域有了突破。若干研究已经表明，身体的一个小范围内，比如在口腔周围，CRISPR/Cas9系统很容易就能“袭击”目标病毒——单纯疱疹病毒，摧毁细胞内的病毒基因。

治疗艾滋病的曙光？

我们知道，艾滋病病毒是一种狡猾的逆转录病毒。一旦它将其DNA导入宿主细胞基因组，它就有一段很长的潜伏期，并能保持休眠状态潜伏很多年。虽然医生可以调制相匹配的抗逆转录病毒药物来抑制病毒，但是如果停止治疗，它又会再度复活。

那么，CRISPR/Cas9系统能不能用来治疗艾滋病呢？

美国神经科学家曾在实验中使用CRISPR/Cas9系统消除艾滋病病毒，但是与只分布在某个部位的单纯疱疹和人乳头状瘤病毒不同，艾滋病病毒隐藏在人体的记忆T细胞（一种人体免疫细胞）中，而记忆T细胞分散于人类身体的各个角落，因此还无法确定CRISPR/Cas9系统能消除全部艾滋病病毒。

但有一些科学家表示，也许没有必要消除所有细胞中的艾滋病病毒，他们的想法是借助CRISPR/Cas9系统，再结合现有的抗逆转录病毒药物，使感染艾滋病病毒的人的免疫系统得到恢复，最终艾滋病可以被治愈，但研究还有待深入和发展。

但显然，任何基因工程技术都有令人担忧的风险，比如创造了健康婴孩、有强健肌肉的警犬、农场里的无角牛，就会涉及到伦理和动物福利问题；而在提高植物的抗旱性、耐盐性或生长速度的同时，植物将开始蔓延，成为入侵杂草，带来各种各样的生态问题，包括本地物种灭绝。最受争议的，或许就是人类可以利用基因编辑技术进行非治疗性的人体强化了，比如通过改造基因来增加肌肉质量、身高或智力，创造出小说中才有的“设计婴儿”。

基因工程技术充满了争议，如何看待这些问题，看来只有等待时间来验证了。

（本文源自大科技*科学之谜2016年第3期文章）

CRISPR技术 （vchal/Shutterstock）

就像有人在基因编辑领域快速前进：科学家可以使用一种简单的工具来剪断和编辑DNA，这加快了可能导致治疗和预防疾病的进步步伐。

的发现现在正在迅速到来，由于研究人员可以发表他们的工作成果，利用的工具，称为CRISPR-Cas9。

这个工具，通常简称为CRISPR，首次被证明能够在2011年剪断DNA。它由一种蛋白质和一种叫做RNA的DNA的近亲组成。科学家可以利用它在非常精确的位置切割DNA链，使他们能够从遗传物质链中移除基因的突变部分。

仅在过去的一年里，世界各地的研究人员就发表了几十篇科学论文，详细介绍了研究结果——有些很有希望，一些关键的-使用CRISPR剪掉并替换不需要的DNA来开发癌症、HIV、失明、慢性疼痛、肌肉萎缩症和亨廷顿病的治疗方法，举几个例子。

“由于CRISPR，基础研究发现的速度已经爆炸了，”生物化学家和CRISPR专家Sam Sternberg说，加州伯克利的Caribou Biosciences Inc.的技术开发小组负责人，该公司正在为医学、农业和生物研究开发基于CRISPR的解决方案。

虽然任何基于CRISPR的治疗方法都需要几年时间才能在人体中进行测试，“几乎每天都会有无数次斯特恩伯格在接受《生活科学》采访时说，新的出版物概述了利用这一新工具对人类健康和人类遗传学的新发现。当然，人类并不是唯一拥有基因组的物种。CRISPR在动物和植物上也有应用，从消灭寄生虫，比如引起疟疾和莱姆病的寄生虫，到提高土豆、柑橘和西红柿的产量，

[CRISPR]的功效令人难以置信。这已经给大多数实验室的日常生活带来了一场革命，”纽约冷泉港实验室谢尔茨实验室首席研究员、分子生物学家杰森·谢尔茨说。Sheltzer和他的团队正在使用CRISPR来了解染色体的生物学，以及与染色体相关的错误是如何导致癌症的。

“我非常希望在未来十年里，基因编辑将从一个主要的研究工具转变为能够在临床上进行新治疗的工具，”Neville Sanjana说，来自纽约基因组中心和纽约大学生物学、神经科学和生理学助理教授。

在这里，我们来看看在对抗10种疾病方面的最新进展，这些疾病证明了CRISPR的能力，并暗示未来的事情。

癌症 （royaltystockphoto/Shutterstock）

一种治疗癌症的方法已经暗示了人类，自从公元前460年至370年的希腊医生希波克拉底发明了这个词：karkinos。但是，由于癌症和许多疾病一样，都是由人的基因组突变引起的，研究人员说，基于CRISPR的治疗有可能有一天会减缓肿瘤扩散的速度，或者完全逆转这种疾病。

这一领域的一些早期工作已经在中国展开，《自然》杂志报道，在人类使用基因编辑的法规比美国更为宽松的地方，

在2016年10月，中国的一名肺癌患者成为世界上第一个接受用CRISPR修饰的细胞注射的10人。由成都四川大学肿瘤专家陆佑博士领导的研究人员，对从患者自身血液中提取的免疫细胞进行了改造，并使产生一种蛋白质的基因失效，而这种蛋白质通常是癌细胞为了分裂和繁殖而劫持的。希望没有这种蛋白质，癌细胞就不会繁殖，免疫系统就会获胜美国的

研究小组也在寻找使用CRISPR抗癌的方法。宾夕法尼亚大学艾布拉姆森癌症中心转化研究主任Carl June博士及其同事于2016年6月获得美国国家卫生研究院批准，对18名晚期黑色素瘤（皮肤癌）癌症患者进行临床试验，根据该大学的一份声明，肉瘤（软组织癌）和多发性骨髓瘤（骨髓癌）。在这项临床试验中，研究人员将使用CRISPR改变患者自身免疫系统细胞中的三个基因，希望使这些细胞破坏他们体内的癌细胞。

HIV （Sebastian Kaulitzki | Shutterstock）

根除导致艾滋病的病毒HIV，一直是一场艰难的战斗。这种病毒不仅感染人体内攻击病毒的免疫细胞，而且还是一种臭名昭著的变异因子。在HIV劫持体内的一个细胞并开始复制后，它会产生自身的许多基因变异，这有助于它逃避药物治疗。据世界卫生组织称，这种耐药性是治疗艾滋病毒感染者的一个巨大问题，

CRISPR已经把艾滋病毒排在了它的视线中。2017年5月，坦普尔大学（Temple University）和匹兹堡大学（University of Pitt *** urgh）的研究人员利用CRISPR从病毒感染的细胞中截获病毒，关闭了病毒的复制能力。蒙特利尔麦吉尔大学（McGill University）的病毒学家陈亮（Chen Liang）领导的研究人员称，这项技术的使用在三种不同的动物模型中进行了测试，这是研究人员首次展示了一种从受感染细胞中消除艾滋病病毒的方法。他们在《分子治疗》杂志上报道了他们的研究结果。

亨廷顿病 （Ralwel/Shutterstock）

在美国大约30000人有一种叫做亨廷顿病的遗传病，这种致命的遗传病会导致大脑神经随着时间的推移而恶化，根据美国亨廷顿病学会。症状包括人格改变、情绪波动、步态不稳和言语迟钝。“KDSPE”“KDSPs”是由一种有缺陷的基因导致的，这种基因比正常情况下更大，产生一种大于正常形式的蛋白质，叫做亨廷顿蛋白，然后分解成更小的有毒的碎片，积聚在神经元中，破坏其功能。据美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）报道，

，但在2017年6月，科学家在《临床研究杂志》（Journal of Clinical Investigation）上报告称，他们已经在实验室老鼠身上逆转了这种疾病，这些老鼠已经被改造成用人类突变的huntingtin基因代替老鼠的huntingtin基因。Su Yang，亚特兰大埃默里大学人类遗传学系博士后研究员，中国科学院遗传学与发育生物学研究所的任宝昌，用CRISPR将突变的亨廷顿基因的一部分剪掉，产生毒性位。毒性碎片在小鼠的大脑中减少，神经元开始愈合。受影响的小鼠恢复了一些运动控制、平衡和握力。尽管他们在某些任务上的表现不如健康老鼠，但结果显示CRISPR有助于对抗这种情况的潜力，科学家们强调，在这种疗法应用于人类之前，需要进行更为严格的研究。

杜氏肌营养不良症 （chiccodifc/Shutterstock）

杜氏肌营养不良症是一种由于一个叫做肌营养不良蛋白基因，是体内最长的基因之一。由分子生物学教授埃里克·奥尔森领导的德克萨斯大学西南医学中心的一个研究小组正在与CRISPR合作，寻找对抗杜氏肌营养不良症的方法sps“由于肌营养不良蛋白基因的突变，人体并没有形成一种功能性的肌营养不良蛋白，这对肌肉纤维的健康至关重要。随着时间的推移，这种蛋白质的缺乏会导致进行性肌肉退化和虚弱。

在2017年4月，奥尔森和他的团队在《科学进展》杂志上报告说，他们使用了一种叫做CRISPR-Cpf1的CRISPR工具的变体来纠正导致杜氏肌营养不良的突变。他们将该基因固定在实验室培养皿中生长的人类细胞和携带缺陷基因的小鼠中。

CRISPR-Cpf1是基因编辑工具箱中的另一个工具。根据美国犹他州西南医学中心的一份声明，它不同于更常用的CRISPR-Cas9，因为它更小，因此更容易输送到肌肉细胞。它还识别出一个不同于Cas9的DNA序列，Cas9在编辑很长的营养不良蛋白基因时非常有用。

防止失明 （Hannah Boettcher/Stock.XCHNG）

儿童失明最常见的原因之一是一种叫做Leber先天性黑蒙的疾病，这种疾病影响大约2到3人根据美国国家卫生研究院的数据，每10万名新生儿中就有一名。这种情况是遗传的，是由至少14个负责正常视力的基因突变引起的。

麻省剑桥生物技术公司Editas正在研究一种基于CRISPR的治疗方法，以逆转一种称为Leber先天性黑蒙病10型的疾病。据生物科技新闻网站Xconomy报道，该公司计划在2017年底前向美国食品和药物管理局提交必要的文件，以开始第一次针对这种情况的人体试验。

Editas由麻省理工学院生物工程教授张峰（音译）共同创建，他证明了CRISPR-Cas9可以被使用在人体细胞上。加州大学伯克利分校的詹妮弗·杜DNA和当时维也纳大学的埃曼纽尔·查彭蒂尔也证明了CRISPR-Cas9可以截取DNA，他们在2012年就这项技术申请了专利。麻省理工学院下属的博德研究所（Broad Institute）于2014年4月提交了专利，并快速跟进，最终获得了专利。据《自然》杂志报道，2017年2月，美国加州大学伯克利分校提起诉讼，声称双脱氧核糖核酸（Doudna）是第一位的，此后，博德研究所的专利获得了支持。

慢性疼痛 （Stasique/Shutterstock）

慢性疼痛不是遗传性疾病，但科学家们正在研究如何利用CRISPR通过改变基因来减少炎症来抑制背部和关节疼痛。在正常情况下，炎症是身体告诉免疫系统修复组织的方式。但慢性炎症则相反，会损伤组织，最终导致虚弱的疼痛。

2017年3月，由美国犹他大学生物工程助理教授Robby Bowles领导的一个研究小组报告说，他们使用CRISPR阻止某些细胞产生分子，这些分子被设计用来分解组织，导致引起引起疼痛的炎症，根据该大学的一份声明，

这项技术可以用来延缓背部手术后组织的退化。这可以加速愈合，减少需要额外的手术来纠正组织损伤。

莱姆病 （CDC）

Kevin Esvelt，麻省理工学院的进化生物学家，想要消灭莱姆病，莱姆病是由蜱传细菌引起的，这种细菌可以从鹿蜱叮咬传播到人身上。疾病预防控制中心称，如果不加以治疗，这种感染会引起关节炎、神经痛、心悸、面瘫等问题。

虽然引起莱姆病的细菌是由鹿蜱传播给人的，但蜱虫本身在从卵中孵化时并没有这种细菌。相反，幼小的蜱虫在进食时会吸收细菌，通常是在白足鼠身上。埃斯韦尔特想减少据《连线》报道，通过使用CRISPR-Cas9基因改造白足鼠，使它们和它们的后代对细菌免疫，无法将其传给蜱虫，从而引发疾病。2016年6月，Esvelt向马萨诸塞州南塔基特岛和玛莎葡萄园的居民介绍了他的解决方案，据《科德角时报》报道，这是莱姆病的主要问题。然而，在进一步的测试完成之前，这些老鼠不会在岛上被释放，这可能需要数年的时间。

疟疾 （James Gathany）。由疾控中心提供，Paul I.Howell，MPH；Frank Hadley Collins教授，

疟疾每年导致数十万人死亡。2015年是世界卫生组织统计的最近一年，约有2.12亿疟疾病例和约42.9万疟疾死亡。

从源头上解决了这个问题，伦敦帝国理工学院的研究小组正致力于减少传播疟疾的蚊子的数量。根据该学院的一份声明，由奥斯汀·伯特教授和安德烈·克里斯蒂教授领导的一组科学家将研究两个主要的行动方案：对雄性蚊子进行基因改造，使其产生更多的雄性后代，研究小组在《自然》杂志上报道，2015年12月，他们发现了三种降低雌性蚊子生育能力的基因。他们还宣布，他们发现CRISPR可以至少针对其中一种。

作物 （Linda&Dick Buscher博士）

就像CRISPR可以用来修改人类和动物的基因组一样，它也可以用来修改植物的基因组。科学家们正在研究如何利用该工具的基因编辑能力，减少一些作物的疾病，使其他作物更加健壮。

英国诺维奇塞恩斯伯里实验室的教授索菲恩·卡蒙（Sophien Kamoun）正在研究如何去除使土豆和小麦易受疾病侵袭的基因，PhysOrg报道。据《自然》杂志报道，纽约冷泉港实验室的遗传学家扎卡里·利普曼（Zachary Lippman）正在利用CRISPR技术开发一种番茄植株，其枝条经过优化，能够承受成熟番茄的重量而不会折断。在加利福尼亚，几个实验室正试图利用CRISPR来对付一种叫做柑橘绿色化的植物疾病，这种疾病是由在柑橘林中植物间飞行的昆虫传播的细菌引起的，《自然新闻》报道，

编辑了一个可行的人类胚胎 （Dreamstime）

基于CRISPR的研究从假设到结果的速度令人震惊。谢尔茨告诉《生活科学》杂志说，过去需要几个月的实验现在需要几个星期。这一速度引起了政策制定者和利益相关者的一些担忧，特别是在人类身上使用这种技术时。

2017年2月，美国国家科学、工程和医学院的科学家发布了一份人类基因编辑评估报告，说这是可以接受的，但只是在某些条件下。该组织还说，改变胚胎、卵子和 *** 中的细胞在伦理上是允许的，前提是这样做是为了纠正疾病或残疾，而不是为了增强一个人的外表或能力，《科学新闻》报道，

虽然美国还没有科学家使用CRISPR来修饰一个可行的人类胚胎，但中国广州医科大学刘建桥领导的研究小组在2017年3月1日的《分子遗传学与基因组学》杂志上报道了这一进展。科学家们利用CRISPR-Cas9基因导入并编辑出人类胚胎的致病突变。这项研究表明，基因编辑可以在胚胎期完成。这些胚胎不是植入人体的。

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