蔡立英/編譯

《科學(xué)》雜志主編談2015年科學(xué)突破：基因組編輯榮登榜首

蔡立英/編譯

A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鳥嘌呤）、C（胞嘧啶），這些堿基構(gòu)成的核苷酸是生命的基石，DNA編碼的微小改變都會影響基因功能。長久以來，研究人員在培養(yǎng)細(xì)胞和實(shí)驗(yàn)室生物體上尋找編輯遺傳密碼的更好方法，來抑制、激活或改變靶基因，從而更好地理解基因的功能。這項(xiàng)研究反過來會打開通向有益應(yīng)用的大門，從生態(tài)學(xué)到農(nóng)業(yè)到生物醫(yī)學(xué)，基因編輯都有廣闊的應(yīng)用前景。最近，橫跨生物學(xué)各個(gè)學(xué)科的基因組編輯研究取得了令人矚目的成就，一種稱為CRISPR（意為“成簇規(guī)則間隔的短回文重復(fù)序列”）的基因組編輯技術(shù)被《科學(xué)》雜志評為2015年度十大科學(xué)突破之首。

CRISPR帶來科學(xué)研究的革命

2015年，科學(xué)家們利用CRISPR技術(shù)在多個(gè)前沿領(lǐng)域取得了突破。例如，研究人員如今已利用CRISPR技術(shù)破壞了豬基因組中編碼的逆轉(zhuǎn)錄病毒，從而有望解決這種病毒給豬器官移植到人體帶來的安全問題。與此同時(shí)，科學(xué)家還運(yùn)用CRISPR技術(shù)開發(fā)出一種強(qiáng)有力的基因驅(qū)動方法，這是一個(gè)允許從外部導(dǎo)入的基因快速擴(kuò)散到昆蟲種群中去的系統(tǒng)，比自然選擇的擴(kuò)散速度更快。CRISPR會使人類遺傳疾病的研究變得更容易，因?yàn)樗芸焖賱?chuàng)造細(xì)胞和動物模型，用于研究、試驗(yàn)和藥物篩選。針對某些特定的疾病，對體細(xì)胞進(jìn)行基因組編輯可能會產(chǎn)生潛在的療法。2015年12月專門召開的一個(gè)國際會議，探討了運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)修飾人類生殖細(xì)胞和胚胎可能帶來的影響，制定了向科學(xué)家、資助者和出版商闡明CRISPR倫理禁區(qū)的指導(dǎo)方針。

2015年的很多其他科學(xué)進(jìn)展也是CRISPR的有力競爭對手。有一項(xiàng)進(jìn)展來得太晚而沒有被考慮，那就是近200個(gè)國家在巴黎達(dá)成了應(yīng)對全球氣候變化的《巴黎協(xié)定》。在入選2015年度十大科學(xué)突破的這些科學(xué)進(jìn)展中，最引人注目的是“新視野”號探測器飛掠冥王星時(shí)傳回的那些令人驚嘆的圖片；同樣驚人的發(fā)現(xiàn)還有哺乳動物的淋巴將免疫系統(tǒng)延伸到了大腦，為相關(guān)疾病的治療開辟了可能的新途徑。酵母工程生產(chǎn)阿片類藥物可謂是一種現(xiàn)代煉金術(shù)。我們得到了兩個(gè)遙遠(yuǎn)分隔的粒子之間的量子態(tài)相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這個(gè)過程被稱為“量子糾纏”。地震成像的研究進(jìn)展證實(shí)了科學(xué)家們長久以來尋找的“地幔柱”的存在，從而解釋了諸如夏威夷火山等處于板塊中部的火山的成因。埃博拉疫苗的成功研制，為我們抗擊埃博拉病毒提供了有力支撐。在證實(shí)科學(xué)研究的可重復(fù)性方面，心理學(xué)家成為引領(lǐng)者。古人類學(xué)家從南非一個(gè)埋藏著1 500塊人類化石的隱蔽洞穴中，發(fā)現(xiàn)了人類家族的一個(gè)新成員“納萊迪人”，看來科學(xué)研究中依然存在意外驚喜。如今，DNA測序結(jié)果已經(jīng)確定了肯納威克人的血統(tǒng)：他們是早期美洲人，他們的祖先是亞洲人。

當(dāng)新的研究進(jìn)展解決了一個(gè)長期存在的問題時(shí)，我們很容易選出年度科學(xué)突破，比如2012年科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了希格斯粒子的存在。更通常的情況是，通向成功的道路上充滿了希望的渺茫感、挫折，以及對于時(shí)間是否終將證明一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)或新技術(shù)之價(jià)值的不確定性。自從科學(xué)家最初用鋅指核酸酶成功進(jìn)行基因組編輯開始，《科學(xué)》雜志就一直在跟進(jìn)基因組編輯的研究進(jìn)展，我們把轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALENS）選為2012年度十大科學(xué)突破榜單的亞軍。到2013年，CRISPR技術(shù)得到研究人員的追捧，掀起研究熱潮，被我們選為2013年度十大科學(xué)突破榜單的亞軍。2013年的冠軍頒給了癌癥免疫療法，當(dāng)時(shí)還處于早期臨床試驗(yàn)階段。我們的希望是兩年以后，CRISPR將給生物學(xué)很多不同領(lǐng)域帶來猶如免疫療法帶給癌癥病人那樣持久的興奮和樂觀。

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：彥隱]