kaiyun平臺官網(wǎng)登錄 開云網(wǎng)站CRISPR 是什么？為什么科學(xué)界對它的潛在應(yīng)用如此著迷？從其定義開始，我們將解釋該技術(shù)如何利用一個古老的基于細菌的防御系統(tǒng)，以及它將如何影響當今的世界。

　　想象這樣一個未來的場景，父母可以選擇未出生孩子的身高和眼睛顏色等等，從而創(chuàng)造出他們定制的嬰兒；想象一下可以根據(jù)自己的喜好定制所有你身邊所有生物的特征：你家里養(yǎng)的寵物的大小，你家陽臺上植物的壽命等等。

　　自 2012 年 CRISPR（也被稱為 Cas9 或 CRISPR-Cas9）被首次發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家一次一次地被它的應(yīng)用所震撼。

　　CRISPR 可能會改變我們?nèi)绾谓鉀Q世界上一些最宏大的問題的思路，例如癌癥、食物短缺和等等。最近甚至有報道其作為疾病高效診斷工具的新用途。但是，與任何新技術(shù)一樣，它也可能引起新的意外問題。

　　當然，改變 DNA（生命準則）將不可避免地帶來許多嚴重的問題。但是，如果不了解 CRISPR 的基礎(chǔ)知識，這個社會和 CRISPR 行業(yè)就無法進行溝通，而溝通則是問題解決的基石。

　　在這篇文章中，我們從 CRISPR 的確切含義及其應(yīng)用和局限性入手，對 CRISPR 進行介紹。

　　CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）本質(zhì)上是細菌體內(nèi)一系列短的重復(fù)的 DNA 序列，在細菌體內(nèi)起適應(yīng)性免疫作用（類似于人類的獲得性免疫）。它也被古細菌界的生物（單細胞微生物）使用。

　　CRISPR 附近始終伴隨著它的基因稱為 Cas（CRISPR-associated）基因，即下圖序列中的左側(cè)部分。Cas 基因一旦被激活就會產(chǎn)生一種特殊的酶，而這些酶似乎可以隨著 CRISPR 共同進化。這些 Cas 酶的重要意義在于它們具有切入 DNA 的“分子剪刀”的能力。

　　細菌利用 CRISPR 基因序列來“記住”攻擊它們的每種特定病毒，如下圖右半部分所示。細菌首先將病毒的 DNA 整合到自己的基因組中，病毒 DNA 最終成為 CRISPR 序列中的間隔子，然后轉(zhuǎn)錄出 RNA，經(jīng)過一些剪切之后，這些 RNA 可以指導(dǎo)帶有 DNA 內(nèi)切酶活性的 Cas 蛋白至目標外源 DNA 序列處，進而剪斷外源 DNA 序列，實現(xiàn)對外來病原體的快速精確打擊。

　　然后，當特定病毒再次嘗試攻擊時，此方法將為細菌提供保護或免疫力。并且，這些整合進基因組的外來 DNA 序列還可以繼續(xù)傳給子代細菌。

　　簡單概括 CRISPR 在細菌內(nèi)消滅入侵序列的作用機制：當病毒入侵細菌時，其獨特的 DNA 被整合到細菌基因組中的 CRISPR 序列中。這意味著下次病毒攻擊時，細菌會記住它，并發(fā)送 RNA 和 Cas 來定位和消滅病毒。

　　雖然還有其他源自細菌的 Cas 酶可以切斷攻擊細菌的病毒，但Cas9 是在動物體內(nèi)效果最佳的酶。廣為人知 CRISPR-Cas9 便是指用于切割動物（和人類）DNA 的一種 Cas 酶。

　　在利用這項技術(shù)時，研究人員增加了一個新步驟：當一段 DNA 序列被 CRISPR-Cas9 切割后，帶有“修復(fù)”版本基因的新 DNA 序列可以嵌套在新的間隔子中。也就是說，切割過程可以完全“敲除”特定的有害基因，例如一些導(dǎo)致疾病的基因。

　　除了基本的編輯 DNA 之外，CRISPR 研究領(lǐng)域還在繼續(xù)向外延展。2017 年 12 月，索爾克研究所（Salk Institute）設(shè)計了“殘障人士”版的 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)，可以實現(xiàn)在不編輯基因組的情況下打開或關(guān)閉目標基因的功能。這可以極大緩解人們對于基因編輯會永久性地改變基因的焦慮。

　　CRISPR 相關(guān)蛋白 9（Cas9）：剪掉不需要的 DNA 片段的“剪刀”

　　向?qū)?RNA 充當“GPS 坐標”，以找到想要編輯的 DNA 片段。完成定位之后，作為“剪刀”的 Cas9 就會使 DNA 雙鏈斷裂，而要插入的 DNA 將取代它。

　　雖然這項技術(shù)可能會使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療陷入混亂。但在此之外，我們也可以通過基因編輯將我們吃的食物轉(zhuǎn)化為燃料。

　　來自麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué) Broad 研究所的張鋒博士使用一句有趣的童謠描述了 CRISPR 編輯基因的過程。我們可以想象以如下這種方式修復(fù)某個 DNA 序列：

　　生物工程改造過的載體會在斷裂處插入正確的 DNA 片段，也就是“小”這個字。

　　CRISPR 序列于 1987 年首次發(fā)現(xiàn)。20 多年后的 2008 年，微生物學(xué)家 Luciano Marraffini 與西北大學(xué)的 Erik Sontheimer 共同撰寫了關(guān)于 CRISPR 的概論文章，但當時這兩位科學(xué)家申請的相關(guān)專利卻都被拒絕了，因為他們無法證明這一發(fā)現(xiàn)有任何具體的應(yīng)用。

　　直到四年后的 2012 年，CRISPR 的功能及其驚人的潛力才被發(fā)現(xiàn)。最初發(fā)現(xiàn)細菌 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)功能的關(guān)鍵人物包括加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的 Jennifer Doudna 博士和法國科學(xué)家 Emmanuelle Charpentier 博士。他們的戰(zhàn)略合作開啟了生物技術(shù)的新時代。

　　另一個重要人物是張鋒博士，他在 2013 年弄清了 CRISPR 在小鼠和人類細胞上的治療應(yīng)用。哈佛遺傳學(xué)家 George Church 博士也為張鋒早期的 CRISPR 研究做出了貢獻。

　　這四位研究人員在建立當今一些最為人所知的 CRISPR 治療創(chuàng)業(yè)公司中繼續(xù)扮著關(guān)鍵角色，這些公司包括Editas Medicine，CRISPR Therapeutics 和 Intellia Therapeutics。它們均于 2016 年上市，目前處于藥物發(fā)現(xiàn)/臨床前階段，正在研發(fā)針對各種人類疾病的 CRISPR 治療候選藥物。

　　在 CRISPR 誕生之前，也有其他兩種基因編輯技術(shù)在主導(dǎo)這一領(lǐng)域：鋅指核酸酶（ZFNs）和轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)子核酸酶（TALENs）。目前使用這兩個工具的研究工作仍在進行中。

　　像 CRISPR 一樣，這些工具都可以切割 DNA。雖然它們的制造過程和使用過程都相對復(fù)雜，但他們具有自己的優(yōu)勢：ZFNs 可以更輕松地遞送至所選的目標基因；TALENs 似乎比 CRISPR 具有更高的準確率，并且可以減少由基因編輯導(dǎo)致的“脫靶突變”。

　　這兩個工具也分別具有非常重要的治療應(yīng)用：生物技術(shù)公司 Cellectis 使用 TALEN 基因編輯技術(shù)制備用于白血病治療的 CAR-T 細胞，而 Sangamo BioSciences 生產(chǎn)的 ZFNs 可以使導(dǎo)致 HIV 感染的關(guān)鍵基因失效。值得注意的是，這些公司都擁有這些特定基因編輯方法的關(guān)鍵知識產(chǎn)權(quán)，這可能會使其他生物技術(shù)公司難以使用這些工具。

　　同時，再加上 CRISPR 的高效率、靈活性和便宜的價格，使其成為基因編輯技術(shù)當仁不讓的焦點。盡管 CRISPR 可能會面臨一些知識產(chǎn)權(quán)方面的問題，但是由于該系統(tǒng)具有如此廣泛的應(yīng)用，所以它在多個方面的研究依然在迅速推進。

　　每個行業(yè)都可以利用 CRISPR 作為工具：它可以創(chuàng)造人類疾病的新藥療法，幫助農(nóng)民種植自帶抗病原體能力的農(nóng)作物，創(chuàng)造新物種，甚至還可以使已經(jīng)滅絕的物種重生。

　　自從最初發(fā)現(xiàn) CRISPR 基因編輯機制以來，其應(yīng)用范圍迅速增長。盡管其探索還處于早期階段，“動物模型”已經(jīng)為我們提供了如何操縱 CRISPR 的關(guān)鍵思路。

　　由于哺乳動物與人類基因的相似度在 90％以上，因此小鼠是 CRISPR 一個理想的實驗對象。

　　在小鼠體內(nèi)的實驗表明，CRISPR 可以關(guān)閉與杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）相關(guān)的缺陷基因，抑制與亨廷頓病相關(guān)的致命蛋白質(zhì)的形成，并且可以清除 HIV 感染。

　　2015 年，中國科學(xué)家通過禁用 Myostatin 基因（它指導(dǎo)正常的肌肉發(fā)育）制造了兩只超級肌肉小獵犬。在缺乏該基因的情況下，小獵犬表現(xiàn)出“肌肉肥大”的特性，從而創(chuàng)造出明顯比非轉(zhuǎn)基因狗更為強壯的狗。

　　CRISPR 的動物實驗范圍很廣，還包括對長毛山羊進行基因工程改造以提高羊絨產(chǎn)量，對無角奶牛進行育種以避免繁瑣的剪角過程等。

　　相比于動物實驗，編輯人類 DNA 的 CRISPR 試驗進展緩慢，這在很大程度上是由道德和法規(guī)問題所導(dǎo)致的。

　　鑒于改變?nèi)祟惢蚪M的永久性，F(xiàn)DA 依然在謹慎地考慮 CRISPR。一些科學(xué)家甚至提議暫停 CRISPR 試驗，直到我們獲得更多 CRISPR 對人類潛在影響的信息為止。

　　2018 年 5 月，F(xiàn)DA 要求 CRISPR Therapeutics 暫停其首次人類 CRISPR 試驗計劃，直到該公司回答完有關(guān)其治療細節(jié)的問題為止。十月，F(xiàn)DA 解除了臨床控制，并接受了 CRISPR Therapeutics 治療鐮狀細胞病的研究性新藥的申請。

　　大約在同一時間，賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員開始了一項研究，評估對多發(fā)性骨髓瘤，黑色素瘤和肉瘤患者使用 CRISPR 治療的安全性。

　　在歐洲，另一項對 CRISPR 治療療法的研究集中在一種稱為 β -地中海貧血的血液疾病上，該疾病會導(dǎo)致異常的紅細胞產(chǎn)生。CRISPR Therapeutics 與波士頓的 Vertex Pharmaceuticals 一起，于 2018 年 9 月正式開始其 β -地中海貧血療法的首次臨床試驗。

　　盡管上述的研究都是開創(chuàng)性的，但這些并不是第一個使用 CRISPR 編輯人類遺傳物質(zhì)的研究。2017 年 8 月，俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)生殖生物學(xué)家 Shoukhrat Mitalipov 領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊獲得了私人資金的支持，使用 CRISPR-Cas9 靶向可存活的人類胚胎中的一種可導(dǎo)致心肌增厚的突變，在實驗室中，基因編輯后的胚胎恢復(fù)了 72％ 的無突變狀態(tài)（高于通常的 50％ 遺傳幾率）。

　　一些批評家說，即使編輯后的胚胎并不會被轉(zhuǎn)移和植入，對胚胎的基因編輯依然是不道德的。這種類型的測試并不能拿到聯(lián)邦資助，而只能依靠私人捐贈者的資助。

　　會受到 CRISPR 沖擊的領(lǐng)域包括醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域。得益于 CRISPR-Cas9 基因編輯系統(tǒng)的制造和使用的方便性，各個科學(xué)領(lǐng)域的研究人員都可以使用這一工具來對他們選擇的有機體進行基因工程改造。

　　鑒于需要確保患者安全，并全面掌握各種預(yù)料之外的副作用，目前的藥物研發(fā)生產(chǎn)過程非常漫長。而且，當下各國政府的監(jiān)管政策通常會導(dǎo)致新藥走完從研發(fā)到上市的整個流程需要數(shù)十年的時間。

　　但是，相比于這一較長時間的預(yù)期，使用 CRISPR 的團隊可以更快地將定制療法推向市場，從而加速傳統(tǒng)藥物研發(fā)流程。

　　CRISPR 可準確、快速地識別潛在的基因靶標，以進行有效的臨床前測試。因為 CRISPR 可以用來“敲除”不同的基因，這就為研究人員提供了一種更快、更實惠的方式來研究數(shù)十萬個基因，來研究特定基因和特定疾病的關(guān)系。

　　當然，除了提供更簡化的藥物開發(fā)過程外，CRISPR 還提供了治療患者的新方法。

　　例如，單基因疾病，即由單個基因突變引起的疾病，就為 CRISPR 治療提供了一個有吸引力的起點。這些疾病的特性為治療提供了確切的目標：解決單個基因上有問題的突變。

　　此外，血液類的單基因疾?。ɡ?β -地中海貧血或鐮狀細胞?。┮埠苓m合 CRISPR 治療，因為它們都可以在體外進行治療（稱為離體治療），患者的血細胞可以被取出患者體外，用 CRISPR 系統(tǒng)進行治療之后回輸人體。

　　盡管近年來人類在抗生素藥物的開發(fā)方面取得了重大進展，但這同時，許多細菌感染菌株已對常規(guī)抗生素產(chǎn)生了高度抗性。根據(jù)疾病預(yù)防控制中心（CDC）的數(shù)據(jù)，每年耐抗生素病原體感染超過 200 萬人，每年因此而死亡的患者可多達 23000 名。

　　威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的藥物科學(xué)教授杰森·彼得斯（Jason Peters）開發(fā)了一種分析抗生素對一系列病原細菌的療效的新方法。這項名為 Mobile-CRISPRi 的技術(shù)減少了特定基因產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的數(shù)量，從而使科學(xué)家能夠更精確地研究抗生素抑制細菌病原體的傳播的過程。

　　與大多數(shù) CRISPR 技術(shù)切割 DNA 鏈不同，Mobile-CRISPRi 僅阻止蛋白質(zhì)訪問和激活特定基因。彼得斯的技術(shù)已被應(yīng)用于一系列常見的細菌感染的研究，包括李斯特菌、沙門氏菌和葡萄球菌，這可能有助于研究人員更好地去研究如何克服這些病原體對現(xiàn)有藥物的耐藥性。

　　酸奶公司 Danisco 在 2000 年代率先開發(fā)了 CRISPR 的早期應(yīng)用，當時的科學(xué)家使用 CRISPR 的早期版本來對抗牛奶和酸奶培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)的主要細菌（嗜熱鏈球菌），該細菌一直被病毒感染。那時，人們還沒搞清楚 CRISPR 的工作原理。

　　時間快進到今天，氣候變化將進一步增加使用 CRISPR 保護食品和農(nóng)業(yè)行業(yè)免受新細菌侵害的需求。例如，隨著生長地區(qū)變得越來越干燥，可可豆變得越來越難以耕種。這一類環(huán)境變化將進一步加劇病原體造成的破壞。

　　為了解決這個問題，加州大學(xué)伯克利分校的創(chuàng)新基因組學(xué)研究所（IGI）正在應(yīng)用 CRISPR 來創(chuàng)造可以抵抗疾病的可可豆。全球領(lǐng)先的巧克力供應(yīng)商 MARS Inc. 正在支持這項工作。

　　基因編輯可以提高耕種效率。它可以遏制糧食作物的全球短缺，如土豆和西紅柿等。同樣，它可以生產(chǎn)出能抵御自然災(zāi)害的作物，它們能不受干旱和其他環(huán)境影響。

　　監(jiān)管機構(gòu)對基因編輯的農(nóng)作物幾乎沒有抵觸，尤其是美國農(nóng)業(yè)部（USDA）并沒有在監(jiān)管這一領(lǐng)域。這主要是因為將 CRISPR 應(yīng)用于農(nóng)作物基因編輯時，不會向農(nóng)作物的基因組中添加任何外源 DNA，CRISPR 僅僅通過編輯農(nóng)作物自身的遺傳基因以選擇所需的性狀。

　　2016 年，經(jīng)過改良以抵抗褐變的白色紐扣蘑菇成為第一個被 CRISPR 編輯的生物體，其繞過了 USDA。2017 年 10 月，農(nóng)業(yè)公司杜邦先鋒和 Broad 研究所宣布合作，將利用 CRISPR-Cas9 進行農(nóng)業(yè)研究。

　　最近，巴西和愛爾蘭研究人員發(fā)表的一篇論文聲稱，CRISPR 基因編輯可以幫助農(nóng)民種植像辣椒一樣辣的西紅柿。這篇論文著重介紹了辣椒素的基因操作，作為一個可以在包括西紅柿在內(nèi)的其他食品中栽培的特性的例子。

　　盡管辣椒素是一種非常有價值的化合物，從執(zhí)法人員使用的胡椒噴霧劑到某些麻醉產(chǎn)品都可以用到，但由于辣椒的對生長環(huán)境要求苛刻，所以它們的種植難度很高。研究人員希望通過使用 CRISPR 重新激活西紅柿中的一個基因（西紅柿與辣椒具有相同的遺傳祖先），從而使這種辣椒西紅柿可以在更廣泛的環(huán)境下生長。

　　以上這些例子表明，新品種的農(nóng)作物進入市場的速度比想象的要快得多。沒有美國農(nóng)業(yè)部的監(jiān)督，這些轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)品可能會相對較快地投入生產(chǎn)。

　　這將會直接影響到我們吃的食物，因為食品經(jīng)過編輯可以攜帶更多的營養(yǎng)或者獲得更長的保質(zhì)期。

　　2017 年 10 月，中國科學(xué)院的科學(xué)家使用 CRISPR 基因工程改造的豬肉少 24％ 的脂肪。

　　圖 六個月大的豬在冷暴露后零，二，四個小時的紅外照片?；蚓庉嫷呢i在圖像的右側(cè)。（來源: Zheng et al./PNAS）

　　CRISPR 的另一個關(guān)鍵但不太明顯的用途是在工業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域。通過使用 CRISPR 重新改造微生物，研究人員可以創(chuàng)建新材料。

　　從工業(yè)角度來看，這對于修改和創(chuàng)建新的化學(xué)產(chǎn)品非常重要。我們可以改變微生物以增加多樣性，創(chuàng)造新的生物基材料，并生產(chǎn)更有效的生物燃料。從香料中的活性化學(xué)物質(zhì)到工業(yè)清潔相關(guān)的 CRISPR，在這里，CRISPR 可能會通過創(chuàng)造新型和更有效的生物材料而產(chǎn)生巨大影響。

　　詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）的第一家 CRISPR 創(chuàng)業(yè)公司 Caribou Biosciences 成立于 2011 年，其宗旨是跨行業(yè)進行非治療研究。它是為各個行業(yè)提供使用CRISPR 進行多種用途的工具的主要公司之一。

　　這項新技術(shù)可能會帶來意想不到的影響和未知變量，而隨著人類試驗的臨近，新的道德問題和爭議也不斷涌現(xiàn)。

　　當使用 CRISPR 進行人類治療時，安全是最大的問題。與任何新形式的技術(shù)一樣，研究人員不確定 CRISPR 的全部作用范圍。

　　脫靶活動是這里的主要問題。單個基因編輯可能會導(dǎo)致基因組其他地方發(fā)生意外活動。這種情況的可能后果是組織異常生長，從而導(dǎo)致癌癥。隨著更多的研究發(fā)現(xiàn)新的細節(jié)，這可能會導(dǎo)致更精確的基因靶向。

　　另一個問題是馬賽克生成的可能性。在進行 CRISPR 治療后，患者可能會同時擁有已編輯和未編輯的細胞——“馬賽克”。隨著細胞繼續(xù)分裂和復(fù)制，某些細胞可能會得到修復(fù)，而其他細胞則無法修復(fù)。

　　最后，免疫系統(tǒng)并發(fā)癥意味著這些干預(yù)和療法可能會觸發(fā)患者免疫系統(tǒng)產(chǎn)生不良反應(yīng)。早期研究表明，免疫系統(tǒng)可能在 Cas 酶達到其目的之前就將其清除，或者可能產(chǎn)生不良反應(yīng)，從而導(dǎo)致諸如炎癥的副作用 （1999 年，美國一名患者死于嚴重的免疫反應(yīng)，在進行 CRISPR 試驗時使研究人員更加謹慎）。

　　不同的酶（“分子剪刀”）或更精確的遞送載體可以降低脫靶活性。如果對卵或中修飾的干細胞（即可以成為人體每個細胞的細胞）進行編輯，則可以避免鑲嵌。

　　由于存在免疫系統(tǒng)問題，研究人員可以從人類尚未具有適應(yīng)性免疫力的細菌菌株中分離出不同的 Cas 蛋白，從而避免有害的免疫反應(yīng)。同時，離體療法（科學(xué)家將患者的血細胞帶出體外，然后再將其輸回體內(nèi)進行治療）也可以幫助繞過免疫系統(tǒng)。

　　CRISPR 的一個潛在的大限制是 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)缺乏手術(shù)精度。Cas 酶切割了 DNA 雙螺旋的兩條鏈，而這種“雙鏈斷裂”使人們對切割的準確性產(chǎn)生了擔憂。

　　目前，Cas9 酶作為“切割”酶受到了最廣泛的關(guān)注，但科學(xué)家們正在積極尋找替代物以尋找更好的候選物。

　　其他選擇包括較小版本的 Cas9 或完全不同的酶：Cpf1，由于其易于運輸至目標 DNA 位置而廣受歡迎。

　　除了使用其他 Cas 酶外，治療基因的替代轉(zhuǎn)運載體也是另一種選擇。無害工程病毒可以將治療基因攜帶到突變位點，而脂質(zhì)納米顆?？梢员苊饷庖呦到y(tǒng)的檢測，從而避免免疫反應(yīng)。兩種選擇都提出了有希望的研究途徑。

　　當技術(shù)可以改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣時，它的意義是深遠的，它的爭議也是如此。在這里，我們概述了有關(guān) CRISPR 的一些主要爭議。

　　按照這種邏輯，寵物主人可以用指定的顏色和大小設(shè)計他們想要的狗。而且，父母可以修改控制身高或眼睛顏色的基因來“設(shè)計”孩子。如果我們能夠分離出與智力有關(guān)的基因，同樣也可以操縱智力。

　　盡管批評家說該技術(shù)只可應(yīng)用于治療需求，但 CRISPR 的快速發(fā)展似乎并不會很快放緩，而且基因編輯的生物已經(jīng)被創(chuàng)造出來用于非治療目的。

　　2015 年，北京基因組研究所（BGI）通過去除與生長相關(guān)的基因創(chuàng)造了“微型豬”。重量僅為 30 磅，與豬的正常體重 100 磅相去甚遠。BGI 最初希望以每只 1600 美元的價格出售微型豬，并為消費者提供定制的尺寸和顏色選擇。計劃最終在 2017 年被取消。

　　盡管 BGI 使用 TALENs 而非 CRISPR 來編輯豬的基因，但是 CRISPR 在“設(shè)計”未來寵物方面也存在類似的問題。該設(shè)計器應(yīng)用程序展示了動物和人類進化方向上的永久性和不可逆轉(zhuǎn)。

　　最近，中國科學(xué)家賀建奎被指控使用 CRISPR 創(chuàng)造了世界上第一個基因編輯的嬰兒，這引發(fā)了關(guān)于 CRISPR 在人類基因組中應(yīng)用的爭論。盡管倫理問題陷入了輿論風(fēng)暴中心，但他的研究背后的科學(xué)也受到許多科學(xué)家的關(guān)注。

　　賀的研究重點是 CCR5 基因，人類免疫缺陷病毒（HIV）通過健康細胞中的這一基因傳播至全身。盡管這對雙胞胎的父親是艾滋病毒陽性，但兩個孩子都沒有感染。盡管如此，他還是繼續(xù)使用 CRISPR 編輯嬰兒的 CCR5 基因，為女孩的 CCR5 基因引入了三個新的基因突變。

　　雖然未來可能會改變，但就目前而言，備受爭議的“設(shè)計嬰兒”帶有嚴重的倫理學(xué)問題和科學(xué)不確定性，因為 CRISPR 的許多研究仍處于高度實驗階段。

　　猛犸象最后一次出現(xiàn)在3600年前。如果能帶回這些古老的生物，我們要這樣做嗎？目的是什么？無論是出于好奇還是出于有效的科學(xué)目的，目前業(yè)界已經(jīng)有所爭論。

　　簡而言之，該過程涉及獲取滅絕動物最近的親戚的胚胎，并使用 CRISPR-Cas9 插入滅絕物種的 DNA，這樣滅絕的動物就可以再次在地球上出現(xiàn)。

　　不同的科學(xué)團體和組織已經(jīng)在實施這項試驗。值得注意的是，The Long Now Foundation 的一個名為 “ Revive＆Restore” 的項目旨在恢復(fù)滅絕的動物，如候鴿和猛犸象。博德研究所的遺傳學(xué)家喬治·丘奇在該項目中發(fā)揮了重要作用。

　　使用 CRISPR 進行“種系修飾”使科學(xué)界嗅到了緊張的氣息。體細胞修飾是在皮膚，大腦，肌肉和心臟細胞等體細胞上進行的，這些修飾不會傳遞給后代。另一方面，生殖細胞的修飾是在生殖卵或精細胞中攜帶的基因中完成的，因此將被后代繼承。

　　這就提出了一個問題：在倫理角度，我們是否可以選擇未來子孫后代的基因變成什么樣？

　　對種系細胞進行基因改變的后果，解釋了為什么直到最近，研究人員僅將無生命的人類胚胎用于 CRISPR 研究。在 2017 年 3 月，在中國進行了關(guān)于人類活胚的首次 CRISPR 實驗。值得注意的是，該實驗顯示的基因編輯成功率要高于先前針對無生命胚胎的實驗。

　　盡管存在爭議，但改變種系細胞的明顯好處是，隨著個體的發(fā)展，疾病的自我表達可以被控制。生殖細胞療法也保證可以到達患者體內(nèi)的每個細胞。

　　生物黑客們表示，他們希望利用 CRISPR 加快之前冗長的研發(fā)流程，這引起了是否應(yīng)該監(jiān)管以及如何監(jiān)管的問題。

　　生物黑客最近進行的眾籌活動引起了很多關(guān)注。生物黑客初創(chuàng)公司 Odin 在其網(wǎng)站上出售 DIY 細菌 CRISPR 試劑盒，零售價為 159 美元。Odin 的首席執(zhí)行官 Josiah Zayner 在 2017 年 10 月于舊金山舉行的合成生物學(xué)會議上為自己注射了 CRISPR 修飾的肌肉生長基因。

　　目前，這種類型的生物黑客仍然不受管制，因為它是自我注射，而不是對其他人的實驗。但是，F(xiàn)DA 確實禁止銷售這種治療方法，即使是用于自我注射。

　　即使在受到嚴格控制的臨床環(huán)境中，遺傳突變也可能是不可預(yù)測的。在 2018 年 7 月，分子生物學(xué)家 Lydia Teboul 寫到，使用 CRISPR 試劑時，特別是在使用某些類型的遺傳物質(zhì)時，有很大可能產(chǎn)生不可預(yù)測的結(jié)果。

　　2017 年 5 月，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員發(fā)表了一篇現(xiàn)已撤回的論文，聲稱 CRISPR 可能會在編輯的基因組中引起數(shù)百種意想不到的基因突變。在未能重現(xiàn)其初步結(jié)果后，研究人員被迫于 2018 年 3 月撤回該論文，但有關(guān) CRISPR 潛在副作用的許多問題尚未得到解答。

　　CRISPR 技術(shù)的未來應(yīng)用本質(zhì)上與生命本身的形式一樣無限。盡管當前的舉措主要針對治療或食品技術(shù)，但 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)也有一些不太突出但非常實際的應(yīng)用。

　　由于對的需求很高，而且沒有合適的供應(yīng)，因此異種移植（這里是 FDA 的定義）可以成為許多等待的病人的解決方案。

　　干細胞通過 Cas9 進行“培養(yǎng)”，并定向成為某種細胞類型（即心臟，肝臟，胰腺等）。

　　總部位于加利福尼亞州的 Salk 研究所于 2017 年 1 月宣布它制造了一種由豬和人細胞組成的嵌合體，在科學(xué)界引起了很大轟動。

　　異種移植先前已在具有大鼠干細胞的小鼠中進行了測試：CRISPR-Cas9 用于關(guān)閉可在小鼠中形成胰腺的基因，而是將大鼠干細胞插入小鼠胚胎中。按照程序，小鼠繼續(xù)生長大鼠胰腺。

　　后來，研究人員在豬胚胎中插入了人類干細胞。由于安全和有效性方面的考慮，該研究在第 4 周停止。研究人員確實注意到，一些干細胞專門用于這些豬的胚胎，這意味著它們正在開始變成人體組織。盡管這種成功的發(fā)生率低于老鼠胚胎中大鼠胰臟的成功水平，但這仍然是相當科學(xué)的壯舉。

　　eGenesis 由喬治·丘奇（George Church）共同創(chuàng)立，也在這一領(lǐng)域開展工作，其目標是制造供人類使用的豬器官。2017 年 8 月，科學(xué)家對豬胚胎中的 60 多個基因進行了修飾，以消除在移植場景中人體會排斥的逆轉(zhuǎn)錄病毒。

　　如果研究人員想出一種在活體動物中生長人類細胞的方法，他們可以創(chuàng)造出與患者特別匹配的器官。每個患者的干細胞都可以產(chǎn)生由他或她自己獨特的 DNA 組成的工程器官，從而減少排斥的風(fēng)險和器官衰竭的其他后果。

　　沒有蚊子的未來，也就是沒有瘧疾，寨卡病毒，基孔肯雅病毒，登革熱的未來。沒有這些昆蟲來傳播疾病，世界各地的生命將得以挽救。

　　CRISPR 可以幫助我們實現(xiàn)這個夢想。從表面上看似乎是個好主意，然而，這可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

　　通常，每個基因都有 50％ 的機會被遺傳。但是基因驅(qū)動提供了一種使某些遺傳結(jié)果更有利的方法。如果科學(xué)家使用基因編輯技術(shù)改變基因驅(qū)動力，他們將創(chuàng)造出快速的進化途徑。

　　2016 年 12 月，倫敦帝國理工學(xué)院的研究人員，構(gòu)想了一種消除攜帶瘧原蟲的整個蚊子種群的方法。該計劃涉及使用 CRISPR 添加 DNA 序列，以確保無瘧疾的蚊子胚胎的遺傳偏向。隨著這些無病蚊子的發(fā)展和成熟，它們會與種群中的其他野生蚊子交配，并最終停止攜帶瘧疾。

　　盡管該技術(shù)顯示出希望，但基因驅(qū)動技術(shù)尚未完全成熟。一些專家擔心，那些基因序列已被改變的動物進入野外種群，可能會無意中給環(huán)境中的不利因素更多的時間發(fā)展抗性。

　　由美國國家情報局前局長詹姆斯·克拉珀（James Cler）在 2016 年 2 月發(fā)布的《美國情報界全球威脅評估》中陳述，“基因組編輯”被列為“大規(guī)模毀滅和擴散武器”概述的潛在自然安全威脅。

　　像 EcoNexus 和 ETC Group 這樣的遺傳監(jiān)督組織警告說，基因編輯會被濫用。CRISPR 可以通過對新病原體的工程改造來產(chǎn)生新一代生物武器，或者為生物提供靈感。如果昆蟲能夠攜帶和傳遞毒素，那么可能會使用這項技術(shù)。

　　DARPA 已經(jīng)在為這種情況做準備，并開發(fā)解毒劑，因為它們致力于尋找可以逆轉(zhuǎn)有害基因驅(qū)動效應(yīng)的解決方案。

　　Jennifer Doudna 與她的同事 Emmanuelle Charpentier（現(xiàn)在是柏林馬克斯·普朗克感染生物學(xué)研究所所長）一起發(fā)明了最初的 CRISPR 技術(shù)而廣受贊譽。兩位科學(xué)家于 2012 年 5 月向美國專利和商標局（USPTO）申請了第一項專利。2012 年 8 月，Doudna 和 Charpentier 在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了被認為是關(guān)于 CRISPR-Cas9 的第一篇學(xué)術(shù)論文。

　　六個月后，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)的 Eli and Edythe L.Broad Institute 向美國專利商標局（USPTO）申請了 CRISPR-Cas9 修飾真核細胞 DNA 序列的方法的專利，該方法是由分子生物學(xué)家張鋒開發(fā)的一種方法 。

　　后來，加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkley）向美國專利商標局提起訴訟，指控張的專利侵犯了 Doudna 和 Charpentier 的工作，并要求張的專利無效。這引發(fā)了長達三年多的關(guān)于 CRISPR 知識產(chǎn)權(quán)的激烈斗爭。

　　CRISPR-Cas9 關(guān)鍵專利的爭奪最終于 2017 年 2 月由美國專利商標局授予了 Broad 研究所。不過，歐洲專利局（EPO）于 2018 年 1 月撤銷了 Broad 的一項專利，理由是該專利不包括紐約洛克菲勒大學(xué)微生物學(xué)家 Luciano Marraffini 的貢獻。這一遺漏使 Broad 研究所無法要求美國最早的專利申請的優(yōu)先權(quán)日期，這意味著 Broad 研究所的研究人員聲稱自己是第一個在真核生物專利中使用 CRISPR 的人，并不符合 EPO 標準。

　　CRISPR 基本技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)問題目前似乎已解決。然而，隨著 CRISPR 基因編輯技術(shù)的變化和專業(yè)化，可能會發(fā)生類似的法律斗爭。

　　在 100 年，50 年甚至 10 年內(nèi)，基因編輯的面貌可能會完全不同。

　　將來，對植物，動物甚至人類中的基因進行調(diào)整或設(shè)計可能會成為標準做法，從而對基因庫和進化過程產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響。

　　盡管目前上面提出的一些想法目前看來有些牽強，但這很容易會變。畢竟，CRISPR 并不是一種昂貴的、難以獲得的技術(shù)形式。它已經(jīng)可用并且正在使用中。從農(nóng)民到研究人員，CRISPR 都會對我們的社會產(chǎn)生影響。