今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)出現(xiàn)了極具戲劇的一幕。那就是史無前例的，首次同時(shí)頒發(fā)給兩位女科學(xué)家。

她們分別是馬克斯·普朗克感染生物學(xué)研究所主任伊曼紐爾·夏彭蒂耶 （Emmanuelle Charpentier）和加州大學(xué)伯克利分校的生物化學(xué)家詹妮弗·杜德納 （Jennifer Doudna）。

這兩位女化學(xué)家巧用新一代基因編輯技術(shù)CRISPR，以極高的精度編輯了動(dòng)物、植物和微生物的DNA。

基因編輯的意義？

外界對基因編輯的諸多關(guān)注都是因?yàn)樗锌赡苤委熁蝾A(yù)防人類疾病。成千上萬的遺傳性疾病可以代代相傳，其中許多類型都是非常嚴(yán)重的。這些遺傳性疾病并不罕見：25個(gè)孩子中有一個(gè)生來就患有遺傳性疾病，其中最常見的是囊性纖維化、鐮狀細(xì)胞貧血和肌營養(yǎng)不良。而基因編輯有望通過重寫病人細(xì)胞中致病的DNA來治療這些疾病。

不僅僅可以修復(fù)錯(cuò)誤的基因，還可以被用于改變?nèi)祟惖拿庖呒?xì)胞以抵抗癌癥或者抵抗HIV感染；它也可以用來修復(fù)人類胚胎中的缺陷基因，防止嬰兒繼承嚴(yán)重疾病。然而，基因編輯的應(yīng)用仍存在爭議，因?yàn)榛虻淖兓瘯?huì)影響精子或卵子，這意味著基因編輯造成的任何副作用都會(huì)傳給后代。

基因編輯的如何工作？

編輯基因的方法有很多種，但是其中最為突出的是近年來用作分子工具、被稱為CRISPR-Cas9的方法。

該方法的原理是：首先使用一個(gè)向?qū)Х肿樱–RISPR點(diǎn)）在一個(gè)生物體的遺傳密碼中找到一個(gè)特定的區(qū)域，例如突變基因，然后再用酶（Cas9）切除它。這樣做對關(guān)閉有害基因很有用，因?yàn)楫?dāng)細(xì)胞試圖修復(fù)損傷時(shí)，它通常會(huì)造成更多的損傷，從而更有效地破壞該突變基因。此外，還能對其他類型的基因進(jìn)行修護(hù)。

例如，修補(bǔ)有缺陷的基因，科學(xué)家可以切除突變的DNA、并用CRISPR-Cas9分子攜帶健康的DNA鏈來取代它。這其中的Cas9可以由不同的酶來替代，如CPF1，這樣可能使編輯DNA更有效。

會(huì)出什么問題？

雖然現(xiàn)代基因編輯技術(shù)相當(dāng)精準(zhǔn)，但是它并不完美。這個(gè)過程可能會(huì)發(fā)生一些意外，可能會(huì)脫靶到一些你不想進(jìn)行編輯的細(xì)胞上。而且即使CRISPR到達(dá)需要編輯的細(xì)胞中，但是它在不同細(xì)胞中的表現(xiàn)也不盡相同，例如，在某些細(xì)胞中，修復(fù)一個(gè)突變基因的兩個(gè)拷貝，但在另外一些細(xì)胞中只修復(fù)其中的一個(gè)拷貝。對于某一些遺傳性疾病來說，這或許無關(guān)緊要，但是如果是在單拷貝突變引起的疾病中，它可能存在問題。

另一個(gè)可能存在的問題是在基因組中錯(cuò)誤的地方進(jìn)行編輯。這些編輯可能會(huì)脫靶到成百上千個(gè)位點(diǎn)上，而這些錯(cuò)誤編輯有可能會(huì)破壞某些健康基因或關(guān)鍵基因的調(diào)控區(qū)域。

被基因編輯后的動(dòng)植物們

目前，科學(xué)家已經(jīng)在動(dòng)物身上使用了這種新型基因編輯工具，并且取得了許多進(jìn)展。比如，科學(xué)家利用CRISPR制造出了一種“基因增強(qiáng)版”的小獵犬，它肌肉發(fā)達(dá)，像是犬類里的施瓦辛格，而科學(xué)家改變 的只是參與控制肌肉形成的基因的一個(gè)堿基對。

在另一個(gè)例子里， 通過抑制豬的身體里對生長激素起反應(yīng)的基因，研究人員制造出了迷你豬，它大小接近家貓，可以作為寵物出售。科學(xué)家也在陜北山羊身上進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)，使用CRISPR編輯了它的基因組，同時(shí)提高了肌肉含量（這意味著更多的肉）與含毛量（這意味著更多的山羊絨）。通過CRISPR，遺傳學(xué)家已經(jīng)把亞洲象改造得越來越像猛犸象，或許有朝一日會(huì)復(fù)原這種已經(jīng)滅絕的動(dòng)物。

與此同時(shí)，在植物界，CRISPR也已經(jīng)被廣泛用于改造農(nóng)作物的基因組。這為農(nóng)業(yè)革命鋪好了道路，將進(jìn)一步顯著提高人們的飲食質(zhì)量，確保世界糧食安全。通過基因編輯，科學(xué)家已經(jīng)制造出了抗病水稻、晚熟番茄、脂肪酸水平更健康的大豆，以及含有更少神經(jīng)毒素的土豆。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的時(shí)候，食品學(xué)家并沒有依賴雜交技術(shù)，而只是稍微調(diào)整了植物基因組的少數(shù)幾個(gè)堿基對。

基因編輯在動(dòng)物和植物界中的應(yīng)用固然激動(dòng)人心，但它最大的潛力，以及它最大的風(fēng)險(xiǎn)，是在人身上的應(yīng)用。

正如華東師范大學(xué)姜雪峰教授對此書的點(diǎn)評一樣：“不是化學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)變成了“理綜獎(jiǎng)”，而是化學(xué)創(chuàng)造性的外延與內(nèi)涵不斷伸展，不僅創(chuàng)造，還有改造、優(yōu)化，乃至人類與世界終極問題的解答。一個(gè)動(dòng)態(tài)前進(jìn)的化學(xué)，正與我們?nèi)祟愐黄穑黄茦O限，揚(yáng)帆起航。”

在人身上的應(yīng)用又發(fā)生了什么故事呢？感興趣的朋友可以讀一讀《破天機(jī)：基因編輯及其控制演化的驚人力量》，這本數(shù)的作者正是新晉的諾獎(jiǎng)得主詹妮弗·杜德納，她希望通過本書的出版，讓這些信息更加透明地傳播給大眾。

《破天機(jī)：基因編輯及其控制演化的驚人力量》

原標(biāo)題：《這把獲得諾獎(jiǎng)的"基因剪刀"，也許還能復(fù)原已滅絕的物種？》

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