基因编辑已经在路上，这是你需要知道的关于基因组编辑的一切

人类身体里的每个细胞都有大约30亿对DNA编码碱基对。这段“代码”中的几个小错误就可能使某人患上某种疾病。分子生物学家埃里克·奥尔森称，这相当于在一千本圣经中拼错一个单词，这个小小的错字可能会让一个孩子一辈子坐在轮椅上。

研究人员已经确认DNA错误是近7000种疾病的原因。值得庆幸的是，不断发展的基因组编辑可能成为检测并最终解决这些问题所需的“拼写检查器”。

基因组编辑通常等同于婴儿设计。然而，基因组编辑的世界要复杂得多，而且远远超基因编辑技术（CRISPR/Cas9），后者只是众多编辑“工具”中最新的一个。基因组工程是生物体基因组中插入、删除、修改或替换DNA的一种基因工程。

这是一个非常强大的工具，在医学领域有着巨大的潜力。它最简单的形式是对生物体的DNA进行特定的改变。这类似于编辑一段计算机软件中的代码。

关于基因编辑的大肆宣传是有原因的。基因组编辑可能被用于治疗主要的退行性疾病和修复简单的遗传疾病，如肌肉萎缩症。也许不久的将来，它会被用来在猪身上培养新的人体器官，以对抗对器官移植的持续需求，并有可能改变人类的繁殖方式，我们正在谈论用它来设计整个种群。

我们距离电影《千钧一》或奥尔德斯·赫胥黎的《美丽新世界》还有很长的路要走。尽管如此，现实世界的基因工程提出了一些非常有趣的伦理问题。今天，我们将看看基因组编辑的历史，像CRISPR这样的新方法，以及其他替代方法，并看看目前困扰这一医疗工具的一些伦理问题。

什么是基因组编辑？

回顾一下，基因组编辑或基因编辑是一种相对较新的方法，可以让科学家把DNA从细菌变成动物。这些“编辑”有可能导致眼睛颜色等身体特征的改变，或者更重要的是，可以治愈某些疾病。基因组编辑已经被用于农业改良作物，以提高它们的产量并增强它们对疾病和干旱的抵抗力。

有许多不同的方法和技术用来编辑DNA。尽管如此，这些技术中的大多数通常就像你的电脑上的“剪切”和“粘贴”功能，允许科学家在一个生物体基因组的特定位置改变DNA。但迄今为止，基因组编辑的主要应用还是在植物和一些动物的实验室环境中。

我们能纠正这些错误吗？

当20世纪40年代人们认识到DNA负责遗传时，当20世纪50年代DNA分子的结构被阐明时，研究人员意识到这个遗传密码中的错误是许多疾病和遗传条件的原因。

接下来的问题很明显。这些错误能被纠正吗？这个问题导致了20世纪70年代基因工程的出现，新的遗传密码被引入生物体的DNA中。

同源重组

一个早期的例子是利用同源重组将基因靶向到生物基因组的特定位置。这种方法需要构建一种与目标基因组序列匹配的模板，并依赖正常的细胞过程将模板插入到正确的位置。这种方法被成功地用于在小鼠身上引入胚胎干细胞的基因修饰。

靶向目标

另一种早期的方法是使用被称为位点特异性重组酶的条件靶向。这些技术只能敲除或打开特定细胞中的基因，最终允许研究人员在特定条件下诱导重组，允许基因在特定时间或发育的特定阶段敲除或表达。

基因工程过程

基因组编辑的关键是在基因组的特定点上形成双链断裂，并去除遗传密码中的错误部分。然后酶被用来修复断裂，重新连接DNA的末端或将缺失的正确序列插入到正确的位置。然而，尽管某些酶在切割DNA方面很有效，但它们通常在几个不同的位点切割。为了克服这一挑战，人们创造了几种类型的核酸酶。

巨核糖核酸是在20世纪80年代末被发现的，它们可以识别和切断14到40个碱基对之间的DNA序列。然而，很难设计出核酸酶在需要的确切位置切断DNA。最近，各种各样的数据库被建立起来，这使得科学家们能够更容易地建立在特定位置进行切割的巨核酶。例如，现在有一种能去除引起色素性干皮病的人类XPC基因突变的巨核酶，这种疾病使患者在暴露于紫外线下容易患皮肤癌和灼伤。

• 颜色匹配意味着DNA识别模式。

锌指核酸酶

在20世纪90年代，科学家们使用锌指核酸酶来改进现有的基因编辑技术。这些合成蛋白用于基因靶向，由DNA切割的核酸内切酶结构域和锌指结构域融合而成，以结合特定的DNA序列。它们可以用来增加或删除细胞基因组中的剪切位点。虽然这种方法已经有了很大的改进，但成功率仍然只有10%左右。更重要的是，这种基因编辑方法的设计既昂贵又耗时。

聚簇规则间隔短回文重复（CRISPR）

虽然ZFN和TALEN确实提供了有效的基因组编辑，但它们的一个缺点是，开发它们既耗时又昂贵。而且，蛋白质工程的过程很容易出错。CRISPR在基因编辑领域是革命性的，因为它为科学家提供了一种更快、更简单的方式来编辑基因组，“几乎不需要组装”。CRISPR/Cas9早在20世纪90年代就已经出现在研究人员的雷达上，但直到最近几年才充分发挥其潜力。

CRISPR/Cas9是一项功能强大的新基因编辑技术，大约在2012年由科学家张峰、詹妮弗·杜德纳和艾曼纽埃尔·莎彭蒂耶分别开发。CRISPR可以识别特定的基因组序列，并经常利用Cas9蛋白进行剪切。

CRISPR技术基于细菌用来对抗病毒的防御机制。病毒利用细胞自身的机制来复制自己，从而攻击细胞。最终，细胞破裂，复制的病毒被释放到机体中去感染新的细胞。然而，细菌已经进化出一种通过切割病毒DNA进行反击的方式。如果细菌在病毒的攻击中幸存下来，它们会复制病毒的DNA片段，并将这些片段整合到自己的基因组中。这些拷贝像面部照片一样被用来让细菌识别有害病毒。

为了记录这些“面部照片”，并将它们与细菌自身的DNA分开，每个病毒序列周围都放置了重复的分子序列。当细菌遇到带有序列的病毒时，细菌会发送一种酶来切断并摧毁任何与基因序列相匹配的东西。CRISPR使科学家可以使用类似的方法，通常使用Cas9蛋白质来切断和替换特定的基因序列。

CRISPR技术允许科学家以低成本快速有效地改变几乎任何植物或动物的任何基因。研究人员已经利用这项技术纠正了动物的遗传疾病，种植了对特定气候更有适应能力的作物，改变了猪的器官以便于人类移植，使蚊子绝育以预防疾病，并增加了比格猎犬的肌肉质量。

科学家们还能够使用CRISPR来创建与基因组中的目标序列相匹配的短RNA模板，从而使编辑过程更加简单、高效、廉价和快捷。CRISPR目前正被用于开发艾滋病、杜氏肌萎缩症、某些类型的失明和莱姆病的治疗方法。如果技术成熟，基因编辑可以用来解决广泛的问题。

像CRISPR这样的基因编辑工具可以给科学家们打开DNA王国的钥匙，让我们找到“分子错误”并去除它们。英国厄勒姆研究所的分子和合成生物学家尼古拉表示：“我们正在达到这样一个阶段，我们可以研究不同的基因组合，控制它们在何时、何地以及表达的程度，并研究DNA单个碱基的作用。”了解DNA序列的作用，使我们能够解决生物学各个领域的问题，从治愈人类疾病，到种植足够健康的食物，到发现和制造新药物，以及理解一些物种为什么会灭绝。”

基因编辑有可能解决许多普遍存在的问题

研究人员有一天可以从蚊子身上消除疟疾。通过删除蚊子DNA的特定片段，研究人员已经培育出了抗疟疾的蚊子。像阿尔茨海默氏症和帕金森氏症这样的神经退行性疾病可能会成为过去。科学家们已经在crispr平台上工作，以识别控制导致神经退行性疾病的细胞过程的基因。2017年，研究人员利用CRISPR关闭了艾滋病毒的复制能力，将艾滋病毒从感染细胞中清除。

2016年，中国的一名肺癌患者成为第一个接受细胞注射的人，这些细胞经过CRISPR修饰。研究人员利用CRISPR使癌细胞用来分裂和繁殖的基因失效。研究人员希望，如果没有这种基因，癌细胞就不会繁殖。

从农业到制药，基因编辑总有一天会帮助我们建设一个更美好的世界。

人类最终会被编辑吗？这会导致基因歧视吗？

在讨论CRISPR时，设计师设计的婴儿似乎是话题的主角。伦理问题，如“在胚胎无法获得治疗许可的情况下，对胚胎使用基因疗法可以吗？”或“如果基因疗法太贵，只有富人才能获得和负担得起怎么办？”。

如果人们使用这些工具来提高孩子的运动能力或身高，而不是用它来治疗疾病，那会怎么样？这会导致基因歧视吗？尽管研究人员仍在引导支持和反对的争论，人类的基因编辑已经开始。美国、中国和英国已经批准仅用于研究目的的人类基因编辑。

我们还有很长的路要走，才能与突变体打交道

甚至像CRISPR这样流行的基因编辑工具也不是完美的。在某些情况下，基因编辑工具在错误的地方进行了切割，研究人员仍然不能百分之百确定这将如何影响人类。在我们看到主流的基因组疗法之前，正确地解决伦理问题和确保基因编辑的安全性仍然是科学家需要攀登的两座大山。