想象一下未來(lái)，父母可以定制寶寶的樣子，選擇未出世孩子的身高和眼睛顏色。所有特質(zhì)都可以根據(jù)個(gè)人喜好定制：家養(yǎng)寵物的大小，植物的壽命等。這聽(tīng)起來(lái)像是反烏托邦科幻小說(shuō)，但其實(shí)這并不是遙不可及。

2012年，科學(xué)家們首次發(fā)現(xiàn)CRISPR，并對(duì)CRISPR（也稱為Cas9或CRISPR-Cas9）的應(yīng)用感到驚訝。CRISPR可能會(huì)徹底改變我們應(yīng)對(duì)一些問(wèn)題的方法，如癌癥，食物短缺和器官移植。在最近的報(bào)告中，CRISPR甚至可以被用作診斷疾病的工具。但是，與任何新技術(shù)一樣，它也可能會(huì)導(dǎo)致意想不到的問(wèn)題。

不斷變化的DNA將不可避免地導(dǎo)致一系列難以預(yù)想的后果。社會(huì)和各行業(yè)如果不了解CRISPR的基礎(chǔ)知識(shí)，就無(wú)法應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。接下來(lái)，讓我們從其定義，應(yīng)用和局限性深入了解CRISPR。

什么是CRISPR？

CRISPR是細(xì)菌遺傳密碼及其免疫系統(tǒng)的一個(gè)定義性特征，是細(xì)菌用來(lái)保護(hù)自己免受病毒攻擊的防御系統(tǒng)。它也存在于古生物界（單細(xì)胞微生物）中的生物體中。首字母縮寫(xiě)詞“CRISPR”——Clustered Regularly Interspaced Short Pal indromic Repeats。實(shí)質(zhì)上，它是一系列重復(fù)的DNA序列，并且這些DNA之間存在“spacers”。

簡(jiǎn)而言之，細(xì)菌利用這些基因序列來(lái)“記住”攻擊它們的每種病毒。

CRISPR將會(huì)影響的行業(yè)包括醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和工業(yè)生物技術(shù)。

細(xì)菌會(huì)將病毒的DNA整合到自己的細(xì)菌基因組中。這種病毒DNA最終成為CRISPR序列中的“spacers”。這種防御系統(tǒng)可以在同種病毒再次發(fā)起攻擊時(shí)給予細(xì)菌保護(hù)或免疫力。

總是位于CRISPR附近的基因，稱為Cas（CRISPR相關(guān)）基因。一旦激活，這些基因就會(huì)產(chǎn)生特殊的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)是與CRISPR共同進(jìn)化的酶。這些Cas酶能夠充當(dāng)切割DNA的“分子剪刀”。

回顧一下，實(shí)際上，當(dāng)病毒侵入細(xì)菌時(shí)，其獨(dú)特的DNA會(huì)被整合到細(xì)菌基因組中的CRISPR序列中。這意味著下一次病毒攻擊時(shí)，細(xì)菌會(huì)記住它并發(fā)送RNA和Cas來(lái)定位和破壞病毒。

雖然細(xì)菌中還有其他Cas酶在病毒攻擊自己時(shí)會(huì)截?cái)嗖《荆獵as9是動(dòng)物體內(nèi)執(zhí)行這種任務(wù)的最佳酶。大眾所熟知的術(shù)語(yǔ)CRISPR-Cas9是指切割動(dòng)物（和人類）DNA的Cas酶的種類。

為了更好的應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，研究人員增加了一個(gè)新的步驟：在CRISPRCas9切割DNA后，攜帶“固定”基因的新DNA序列可以嵌入到新的間隔中。或者，切割可以同時(shí)“敲除”不需要的基因，例如，導(dǎo)致疾病的基因。

換個(gè)更加形象的說(shuō)法，CRISPRCas9類似于Word中的“查找和替換”功能：CRISPR-Cas9想要查找并更正遺傳數(shù)據(jù)（或“單詞”），用新材料替換它?；蛘?，正如CRISPR的先驅(qū)Jennifer Doudna在其A Crack In Creation：Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution一書(shū)中所提到的那樣，CRISPR就像一把瑞士軍刀，我們的使用方式不同，它發(fā)揮的功能也不同。

CRISPR研究的飛速發(fā)展，已經(jīng)超越了基礎(chǔ)DNA編輯。2017年12月，Salk研究所設(shè)計(jì)了CRISPR-Cas9系統(tǒng)的不成熟版本，能夠在沒(méi)有編輯基因組的情況下激活或關(guān)閉目標(biāo)基因。展望未來(lái)，這種技術(shù)可以解決基因編輯永久性的問(wèn)題。

CRISPR的應(yīng)用

每個(gè)行業(yè)都可以利用CRISPR：它可以為人類疾病創(chuàng)造新的藥物，幫助農(nóng)民種植抗病作物，創(chuàng)造新的動(dòng)植物物種，甚至讓滅絕的物種起死回生。

CRISPR研究的飛速發(fā)展，已經(jīng)超越了基礎(chǔ)DNA編輯。

動(dòng)物研究

自最初發(fā)現(xiàn)CRISPR以來(lái)，其應(yīng)用的領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。雖然還處于早期階段，但“動(dòng)物模型”（即實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物）已經(jīng)向我們展示了如何操縱CRISPR技術(shù)。

小鼠是研究CRISPR治療潛力的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。擁有超過(guò)人類90%的基因，小鼠是哺乳動(dòng)物中理想的實(shí)驗(yàn)對(duì)象。小鼠實(shí)驗(yàn)表明，CRISPR可以消除與假肥大性肌營(yíng)養(yǎng)不良（DMD）相關(guān)的缺陷基因，抑制神經(jīng)性舞蹈病蛋白質(zhì)的形成并消除HIV感染。

2015年，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)去肌肉生長(zhǎng)抑制素基因基因創(chuàng)造了兩個(gè)超級(jí)肌肉小獵犬。在沒(méi)有該基因的情況下，小獵犬表現(xiàn)出“肌肉肥大”，明顯比未經(jīng)基因改造的犬更強(qiáng)壯。

其他CRISPR動(dòng)物試驗(yàn)包括將長(zhǎng)絨山羊用于高產(chǎn)羊絨和繁殖無(wú)角奶牛。

人類研究

與動(dòng)物研究相比，編輯人類DNA的CRISPR實(shí)驗(yàn)發(fā)展較緩慢，主要是由于倫理和監(jiān)管問(wèn)題。鑒于改變?nèi)祟惢蚪M的永久性，F(xiàn)DA對(duì)于CRISPR的態(tài)度是謹(jǐn)慎的。一些科學(xué)家甚至提出應(yīng)該暫停CRISPR試驗(yàn)，直到我們獲得更多有關(guān)該技術(shù)對(duì)人類潛在影響的信息。

2018年，美國(guó)和歐洲進(jìn)行了CRISPR人體試驗(yàn)。

截至2018年2月，賓夕法尼亞大學(xué)正在等待F D A對(duì)于一項(xiàng)研究的最終批準(zhǔn)。該研究旨在評(píng)估應(yīng)用CRISPR治療多發(fā)性骨髓瘤，黑色素瘤和肉瘤患者的安全性。

歐洲也可能會(huì)在2018年首次進(jìn)行人體CRISPR研究。CRISPR Therapeutics的研究集中在一種稱為β-地中海貧血的血液疾病上，這種疾病會(huì)導(dǎo)致血紅蛋白的成分改變。

雖然涉及患者參與的臨床試驗(yàn)仍在等待監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，但CRISPR已經(jīng)應(yīng)用于活體和非活體人類胚胎實(shí)驗(yàn)中。

例如，2017年8月，由俄勒岡州健康和科學(xué)大學(xué)的生殖生物學(xué)家Shoukhrat Mitalipov領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組獲得了私人贊助，使用CRISPR-Cas9識(shí)別了導(dǎo)致心肌增厚的胚胎突變。突變的胚胎在實(shí)驗(yàn)室將突變率恢復(fù)到了72%（高于普通50%的遺傳率）。

一些批評(píng)人士說(shuō)，胚胎的基因編輯是不道德的，即使編輯過(guò)的胚胎不用于移植。目前這種類型的測(cè)試無(wú)法獲得聯(lián)邦資助，都是依靠私人贊助。

涉及的行業(yè)

CRISPR將會(huì)影響的行業(yè)包括醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)和工業(yè)生物技術(shù)。由于CRISPR-Cas9基因編輯系統(tǒng)非常容易建立和使用，各個(gè)領(lǐng)域的研究人員都可以利用這項(xiàng)技術(shù)。

制藥和生物技術(shù)

未來(lái)的醫(yī)學(xué)將用CRISPR編寫(xiě)。

目前的藥物的研發(fā)需要花很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)樾枰_保藥物的安全性，還需徹底了解藥物的副作用。而且，目前的美國(guó)監(jiān)管政策往往導(dǎo)致研發(fā)進(jìn)程長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。然而，應(yīng)用CRISPR的團(tuán)隊(duì)可以將定制療法更快地推向市場(chǎng)，加速了傳統(tǒng)的藥物研發(fā)過(guò)程。

CRISPR更加便宜和靈活，它能快速地識(shí)別潛在的目標(biāo)基因，進(jìn)行高效的臨床前實(shí)驗(yàn)。因?yàn)樗梢杂脕?lái)“敲除”不同的基因，CRISPR為研究人員提供了一種更快，更實(shí)惠地研究成千上萬(wàn)個(gè)基因的方式，方便查看哪些基因受特定疾病的影響。

當(dāng)然，隨著藥物研發(fā)過(guò)程更加簡(jiǎn)便，CRISPR提供了治療患者的新方法。

例如，單基因疾病-由單一基因突變引起的疾病—可以進(jìn)行CRISPR試驗(yàn)。這些疾病的性質(zhì)為治療提供了確切的目標(biāo)：?jiǎn)蝹€(gè)基因的突變。

基于血液的單基因疾病如β-地中海貧血或鐮狀細(xì)胞也是CRISPR治療的理想對(duì)象，因?yàn)檫@些疾病能夠在體外進(jìn)行治療（稱為離體治療）?；颊叩难?xì)胞可以被取出，用CRISPR技術(shù)治療，然后放回到體內(nèi)。

糧食和農(nóng)業(yè)

早在20世紀(jì)20年代，酸奶公司Danisco就開(kāi)創(chuàng)了CRISPR的早期應(yīng)用，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們使用早期版本的CRISPR來(lái)對(duì)抗牛奶和酸奶中的主要細(xì)菌（嗜熱鏈球菌），該細(xì)菌總是被病毒感染。那時(shí)候，CRISPR技術(shù)仍不成熟。

由于氣候變化的影響，我們急需使用CRISPR保護(hù)糧食和農(nóng)產(chǎn)品免受新細(xì)菌的侵害。例如，隨著種植區(qū)域變得越來(lái)越熱和干燥，可可的種植變得越來(lái)越難。這種環(huán)境變化將進(jìn)一步加劇病原體造成的損害。

為了解決這個(gè)問(wèn)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(lái)制造抗病可可。領(lǐng)先的巧克力供應(yīng)商MARS Inc.也在支持這項(xiàng)研究。

基因編輯可以使種植更加高效。它可以緩解馬鈴薯和西紅柿等主要作物的全球糧食短缺，也可以創(chuàng)造出不受干旱和其他環(huán)境影響的作物。

監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)基因編輯作物幾乎沒(méi)有任何抵觸情緒，美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）也沒(méi)有管理這一領(lǐng)域。這主要是因?yàn)楫?dāng)CRISPR應(yīng)用于農(nóng)作物時(shí)，不會(huì)帶來(lái)任何外源DNA：CRISPR僅用于編輯作物自身的遺傳信息，選擇理想的性狀。

2018年1月，某生物技術(shù)公司獲得CRISPR植物亞麻籽油（假亞麻）的批準(zhǔn)，該亞麻籽油增強(qiáng)了ω-3油，用于制造植物油和動(dòng)物飼料。

這些跡象表明，新品種的農(nóng)作物比以前想象的更快地進(jìn)入市場(chǎng)。這會(huì)影響我們吃的食物，因?yàn)槭澄锉痪庉嬕院?，有可能以攜帶更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或可以在雜貨架上保存更長(zhǎng)時(shí)間。

工業(yè)生物技術(shù)

另一個(gè)不太明顯的領(lǐng)域是工業(yè)生物技術(shù)。使用CRISPR重新設(shè)計(jì)微生物，研究人員可以創(chuàng)建新材料。

這與整個(gè)社會(huì)有什么關(guān)系？從工業(yè)角度來(lái)看，這對(duì)改造和創(chuàng)造新的化學(xué)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)非常重要。我們可以改變微生物以增加多樣性，創(chuàng)造新的生物材料，并制造更高效的生物燃料。從香水中的活性化學(xué)物質(zhì)到工業(yè)洗潔精中的活性化學(xué)物質(zhì)，CRISPR會(huì)對(duì)創(chuàng)造新的更高效的生物材料產(chǎn)生巨大影響。

CRISPR的爭(zhēng)議

當(dāng)技術(shù)可以改變生命法則時(shí)，其影響是深遠(yuǎn)的，它的爭(zhēng)議也是如此。下面將列出一些關(guān)于CRISPR的主要爭(zhēng)議。

設(shè)計(jì)你自己的寶寶？

如果我們知道某個(gè)基因的位置在哪里，可以利用CRISPR以多種方式操縱它。按照這種邏輯，寵物主人可以用特定的毛色和尺寸設(shè)計(jì)他們想要的狗。更重要的是，父母還可以修改控制身高或眼睛顏色的基因來(lái)“設(shè)計(jì)”自己的孩子。如果我們能夠分離出與智力相關(guān)的基因，那孩子的智商也可以被操縱。

雖然批評(píng)人士說(shuō)這種技術(shù)只能用于治療需求，但CRISPR的快速發(fā)展似乎不會(huì)減慢，基因編輯技術(shù)的已經(jīng)被用于非治療目的手術(shù)中。

讓滅絕動(dòng)物復(fù)活

最后一只長(zhǎng)毛的猛犸象出現(xiàn)在3600年前。如果我們能夠讓這些古代生物起死回生，我們應(yīng)該這么做嗎？目的是什么？無(wú)論是出于好奇還是為了有效的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)領(lǐng)域都頗具爭(zhēng)議。

簡(jiǎn)而言之，滅絕物種復(fù)活是為了讓滅絕的動(dòng)物起死回生。首先我們需要找到滅絕動(dòng)物最近的活體親屬的胚胎，并使用CRISPR-Cas9在其基因中插入已滅絕物種的DNA，這樣一只已滅絕的動(dòng)物可以再次漫游這個(gè)星球。

滅絕物種復(fù)活的倡導(dǎo)者們也表示，人類直接導(dǎo)致許多物種滅絕，因此，我們應(yīng)該共同努力扭轉(zhuǎn)這一趨勢(shì)。

批評(píng)者擔(dān)心，像這樣操縱自然可能會(huì)帶來(lái)更多的傷害而不是積極影響，可能會(huì)創(chuàng)造出威脅人類崛起或現(xiàn)在環(huán)境的物種。

遺傳中的不可逆遺傳變異

利用CRISPR進(jìn)行“生殖細(xì)胞改造”引發(fā)科學(xué)界的擔(dān)憂。

改造體細(xì)胞，如皮膚，大腦，肌肉和心臟細(xì)胞不會(huì)傳遞給后代。然而，生殖細(xì)胞改造修改的是卵子或精子細(xì)胞中的基因，因此這樣的改造將遺傳給后代。

生殖細(xì)胞改造引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題：從道德層面上，我們是否可以選擇我們想要遺傳給后代的基因？

盡管圍繞這個(gè)問(wèn)題存在爭(zhēng)議，但顯然，改造生殖細(xì)胞的好處是可以阻止或防止疾病表現(xiàn)為個(gè)體發(fā)育。生殖細(xì)胞療法也可以保證患者體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都接受治療。即使一個(gè)成年人天生就是易得癌癥的體質(zhì)，通過(guò)CRISPR編輯生殖細(xì)胞基因，他也可以痊愈，就像從沒(méi)從未患過(guò)癌癥一樣。

基因驅(qū)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)化混亂

一個(gè)沒(méi)有蚊子的未來(lái)也是一個(gè)沒(méi)有瘧疾的未來(lái)，也就不會(huì)有寨卡病毒，基孔肯雅病毒，登革熱這些名詞地不斷涌現(xiàn)。沒(méi)有這些昆蟲(chóng)傳播疾病，世界各地的生命將不會(huì)受到這些疾病的威脅。

CRISPR可以幫助我們到達(dá)這個(gè)目的。然而從進(jìn)化的角度來(lái)講，一個(gè)好主意可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)基因有50%的機(jī)會(huì)被遺傳給后代。但基因驅(qū)動(dòng)卻可以用來(lái)確保某種基因有更大的遺傳幾率。如果科學(xué)家通過(guò)遺傳編輯技術(shù)改變基因驅(qū)動(dòng)，他們則可以為進(jìn)化創(chuàng)造一個(gè)加速通道。

但在短期看來(lái)，這樣一個(gè)好辦法會(huì)破壞野生生態(tài)系統(tǒng)的自然平衡，改變自然進(jìn)化的過(guò)程。通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)造成的多米諾骨牌效應(yīng)是無(wú)法預(yù)測(cè)的。

結(jié)束語(yǔ)

基因編輯的未來(lái)在100、50甚至10年后可能發(fā)生翻天覆地的變化。

未來(lái)，在植物，動(dòng)物甚至人類中修改或設(shè)計(jì)基因可能會(huì)合法，這也將給基因庫(kù)和進(jìn)化過(guò)程造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

雖然上面提出的一些想法在目前看來(lái)似乎很牽強(qiáng)，但這的確很有可能發(fā)生。畢竟，CRISPR不是一種昂貴和難以獲得的技術(shù)。CRISPR技術(shù)現(xiàn)在可以使用，很多人也正在使用這項(xiàng)技術(shù)。從農(nóng)民到研究人員，CRISPR將對(duì)我們的社會(huì)產(chǎn)生不可估量影響。