基因編輯

翟繼鵬

在遠(yuǎn)古，生命還未登上陸地之時(shí)，細(xì)菌、古菌等單細(xì)胞原核生物就已經(jīng)和病毒展開(kāi)了一場(chǎng)曠日持久的軍備競(jìng)賽。

病毒的繁殖策略，是把自己的基因釋放到原核生物體內(nèi)，鳩占鵲巢，利用原核病毒內(nèi)的生產(chǎn)機(jī)器幫自己無(wú)限復(fù)制，最終涌出這座城池，使它破裂而亡。這種方式一直非常奏效，因?yàn)樵诤翢o(wú)準(zhǔn)備的偷襲之前，原核生物就像一個(gè)睜眼瞎。直到某一天，一個(gè)原核生物遭受病毒的侵染卻逃過(guò)一劫。

作為戰(zhàn)利品，它把病毒的一小段基因序列整合成一段有規(guī)律間隔的成簇短回文重復(fù)序列（ClusteredRegularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR），變?yōu)樽约哼z傳信息的一部分。

病毒再次潛入細(xì)菌，悄悄釋放自己的基因，這回卻看見(jiàn)一個(gè)大塊頭衛(wèi)兵牽著一條小獵犬到來(lái)。病毒發(fā)現(xiàn)獵犬和自己長(zhǎng)得很像，但它不知道那并不是它失散多年的兄弟，而是以CRISPR 為模板制造的替身—— 一段向?qū)NA。小獵犬遇到病毒的序列就上去聞聞嗅嗅，和自己的樣子進(jìn)行比對(duì)：嗯，一模一樣！于是那個(gè)大塊頭衛(wèi)兵——Cas9蛋白奮力一撕，入侵者的基因鏈頓時(shí)支離破碎……

細(xì)菌從此獲得了一個(gè)賴以生存的免疫武器。

時(shí)間不知過(guò)了多少億年，人類科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這個(gè)納米級(jí)別的小武器。此時(shí)我們?cè)缫呀?jīng)知道人類生長(zhǎng)的藍(lán)圖也是一段基因序列組成的“天書(shū)”，并且像孫悟空修改生死簿那樣，很想把這本天書(shū)按自己的想法進(jìn)行“編輯”。CRISPR/Cas9的機(jī)制，就給了孫悟空這樣一支修改生死簿的妙筆。如果我們?nèi)斯ぴO(shè)計(jì)一段向?qū)NA 來(lái)給Cas9蛋白引路，那后者豈不是可以指哪打哪，激活、關(guān)閉、修復(fù)或者移除“天書(shū)”中的任意一段文字，讓一些疑難疾病變得可以治愈、被深深鎖在基因組里的功能也可以重見(jiàn)天日？

科學(xué)家用了30年的時(shí)間讓這個(gè)武器為自己所用。最早發(fā)現(xiàn)CRISPR有潛力成為基因編輯工具潛力的兩位女科學(xué)家Emmanuelle Charpentie和Jennifer A.Doudna因此獲得了2020年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，而華人科學(xué)家張鋒最早把它開(kāi)發(fā)成一個(gè)成熟的基因編輯工具，并應(yīng)用于哺乳動(dòng)物和人類細(xì)胞中。

如今，人類胚胎基因編輯和人類成體基因組編輯正在嚴(yán)格的監(jiān)管機(jī)制下進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，而動(dòng)植物、真菌、細(xì)菌等物種的基因編輯技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)始讓我們獲得全新的藥物、農(nóng)產(chǎn)品和化工產(chǎn)品。