基因编辑技术

　　为何能获诺奖

　　2020年诺贝尔化学奖，首次同时授予2位女性科学家。

　　这两位是基因编辑技术CRISPR/Cas9的发明者：法国和美国科学家埃曼纽尔·卡彭蒂耶和詹妮弗·杜德纳，获奖理由是“开发了一种基因编辑技术”。

　　组委会在新闻稿中将CRISPR/Cas9称作“基因技术中最锐利的工具之一”，利用这些技术，研究人员可以非常精确地改变动植物和微生物的DNA。这项技术对生命科学产生了革命性的影响，正在为新的癌症疗法做出贡献，并可能使治愈遗传疾病的梦想成真。

　　那么基因编辑到底是怎么回事？对人类乃至世界有什么影响？这一次，我们邀请到了浙江大学化学系副教授沈宏和浙江大学医学院教授谢安勇，来给大家讲讲这些知识。

　　A

一把能修整DNA的“剪刀”

　　基因编辑这项技术从发明至今有了很多应用场景。浙江大学化学系副教授沈宏介绍，看似复杂的“CRISPR-Cas9”，其实是一种基因编辑工具。其中“Cas9”是一种酶，它就像一对能切割DNA链的分子剪刀。一旦酶在特定位点切割DNA，科学家就可以对这段DNA进行特定的插入和编辑，从而改变DNA序列。

　　所以，“CRISPR-Cas9”其实是这个系统最核心的两个部分：CRISPR序列与Cas。

　　前者是原核生物（细菌）基因组的一段特定序列。经历病毒侵袭并存活的细菌，能将病毒基因的特定片段整合到自身的基因组中，为自己识别入侵的病毒基因服务。细菌为了将外来入侵的病毒清除，进化出CRISPR-Cas9系统，利用这个系统，细菌可以精确识别侵入病毒的特定基因片段，并将其切断，使之无法复制和繁衍。

　　而Cas作为一种核酸内切酶，可以利用CRISPR序列中间隔序列对应的RNA指引，识别并且切割特定与其序列互补的DNA链。CRISPR通过Cas9的特殊编程的酶发现、切除并取代DNA的特定部分。

　　正是由于这项技术着实好用，并且有着很广的应用范畴，所以受全世界相关领域的科研人员热捧。

　　华裔科学家张峰和他的前团队成员就于今年3月21日发布了一份“使用CRISPR诊断法检测新冠的方案”。他们研发的技术能利用Cas13在60分钟内检测出RNA病毒。它的工作原理使其能锁定特定的基因序列，在鼻、口、喉拭子或肺部液体中检测新冠病毒基因物质的片段。如果发现病毒的遗传物质，CRISPR酶就会发出荧光。

　　沈宏说，该技术事实上是一种分子生物学技术。经典的生物学研究是从生物体开始，逐渐向系统——器官——组织——细胞——细胞器。而从化学学科角度研究生物，则是从分子层面出发，反向研究。

　　前几年，沈宏认识的一位北京高校教授，就用相关技术做松树的基因编辑，实现其抗病虫害。松树是重要的林业资源，用这个技术改造基因，消除病虫害，就是很好的一种应用。

　　B

这项技术目前还是柄“双刃剑”

　　浙江大学医学院教授谢安勇介绍，今年获奖的CRISPR基因编辑技术目前主要应用于真核生物，包括人、小鼠及植物或农作物上进行定点基因编辑，实现基因改变以改善人类生活。一般来说，有关技术的诺贝尔奖基本上都是等技术相对成熟、应用得以推广后才能获得此荣誉，但今年获奖的基因剪刀技术从建立到得奖的速度相对较快，只用了8年，足以说明此项技术的发展及应用潜力。

　　目前，CRISPR基因编辑技术已经在不少临床试验中得以应用，比如癌症的免疫治疗中，研究人员会用该技术将免疫细胞中免疫抑制或免疫负调控的因子去除，从而达到免疫治疗的效果。

　　谢安勇举例了单基因遗传病方面的治疗方法，“像Leber氏先天黑蒙病、地中海贫血等单基因遗传病，我们可以通过定点矫正原有的单基因突变，高效、准确地治疗这类病。此外，也能利用这项技术高效地改良农作物，要么提高抗旱能力，要么提高营养品质，要么增添花卉水果颜色，还可以使蘑菇和马铃薯的氧化减弱，产生类似‘保鲜’的效果。”

　　与前些年广泛应用的转基因技术相比，基因编辑技术更高效便捷。基因编辑基本不需要把额外的基因诱导进入内源基因组，只需要在基因组内部定点进行调控、改变，就能实现基因变化。

　　谢安勇说，靶向性的定点基因编排技术其实之前就有开展过，“之前的技术是依据基因序列设置蛋白质结构，但设计繁琐，需要改变蛋白质结构，容易破坏编辑酶的功能，不易达到高效、简捷，难以推广。”

　　他认为这项技术确实是一把双刃剑，因为目前技术未达到期望的精确度，脱靶等问题并未解决，这会导致被编辑的生物可能产生意想不到的致病突变。如果疾病遗传，整个被编辑群体基因就有改变的可能，这是不可预测的。

　　主持人 王湛