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crispr|诺贝尔化学奖授予CRISPR研究！两位女性科学家获奖( 三 )


不过 ， 如果仓库里没有客户想要定制的那种动物 ， 流程就不一样了 。 例如 ， 有一个客户想要研究帕金森病和一种新发现的可疑基因（或者一个基因的特定突变）之间的关系 ， 当他到SAGE实验室订购啮齿类动物的时候 ， 有几个选择 。 SAGE实验室的科学家能用CRISPR技术“关掉”目标基因 ， 制造一个突变；他们也可以关掉目标基因 ， 然后再往里插入一个人源基因 。 从帕金森病到囊性纤维化 ， 再到艾滋病 ， 许多疾病都和基因突变有关 。 过去 ， 科学家需要一年时间 ， 才能培育出这些带有复杂基因突变的实验动物 。 但CRISPR不同于以往的基因组编辑技术 。 利用这种技术 ， 研究人员能同时在细胞内快速地改变多个基因 。 培育基因工程动物的时间已因此缩短到几周 。
SAGE的员工首先使用化学试剂盒 ， 合成客户定制的DNA ， 以及与这条DNA相匹配的RNA 。 他们将RNA和Cas9蛋白在培养皿里混合 ， 一套具有基因组编辑功能的CRISPR工具就诞生了 。 然后他们会花上大约一周的时间 ， 用一种外形类似于扫描仪的仪器 ， 测试该工具在动物细胞内的功能 。 这种仪器能够发射电流 ， 将CRISPR工具注入细胞 。 进入细胞的CRISPR工具会立刻开始工作 ， 对DNA进行剪切 ， 进行小量的基因插入与删除 。 CRISPR并非100%有效：在某些细胞里 ， 它们会剪切DNA、制造突变 ， 在另一些细胞里则完全不起作用 。 为了观察CRISPR的表现究竟如何 ， 科学家会从细胞中收集DNA ， 将它们集中起来 ， 并将目标位点附近的dna片段复制多个拷贝 。 他们会对这些DNA进行处理与分析 ， 然后查看显示在电脑屏幕上的分析结果 。 如果CRISPR成功切开目标位点 ， 制造出突变 ， 屏幕上就会显示出一条模糊的条带 ， 并且 ， CRISPR剪切过的DNA越多 ， 条带就越明亮 。
接下来 ， “战场”转移到了侧楼的动物实验室里 。 科学家就是在这里制造出经基因改造的胚胎 ， 以及突变过的啮齿动物 。 生物学家安德鲁·布朗（Andrew Brown）戴着外科手套、身穿蓝色的长袍、戴着套鞋和蓬松的帽子 ， 弯腰伏在解剖显微镜前 。 他用玻璃移液管的尖端吸起一个大鼠胚胎 ， 然后走到房间的另一头 ， 将胚胎转移至另一台装有机械手臂的显微镜上 。 他将胚胎放到载玻片上的一滴液体里 ， 固定到台面上 。 现在 ， CRISPR就要发挥它的魔力了：他用右手控制操纵杆 ， 一只机械手臂将一根空的玻璃针头扎入胚胎 。
从显微镜的目镜看去 ， 胚胎中来自双亲的两个原核（pronucleus）就像是月球表面的环形山 。 布朗轻轻推动细胞 ， 直到其中一个原核移到针尖的旁边 。 他点击电脑鼠标 ， 一滴含有CRISPR的液体从针头喷出 ， 穿过细胞膜进入细胞 。 原核立即像一朵快速盛开的花一样膨胀开来 。 布朗运气不错 ， 一个突变细胞就此诞生了 。 SAGE实验室中有3个技术员 ， 他们一周4天、一天300次地重复着这项工作 。
布朗将完成注射的大鼠胚胎吸入移液管 ， 移进培养皿 ， 存储在加热至动物体温的培养箱中 。 最后 ， 他需要将30~40枚经过修饰的胚胎注射到代孕母鼠体内 。 20天后 ， 代孕大鼠将怀上5~20个“孩子” ， 当这些“孩子”长到10天大的时候 ， SAGE实验室的科学家将抽取组织样本 ， 检测哪个“孩子”带有改造过的基因 。
“这是最令人激动的时候 ， ”布朗说道 。 20个胚胎中 ， 可能只有1个能被成功改造 ， 而改造成功的动物 ， 就是我们所说的种源动物 （founder animal） 。 到了这一步 ， 每个人都会庆祝一下 。 在我们看来 ， SAGE实验室的科学家制造RNA、注射胚胎的方法似乎很简单 ， 很多实验室也在用同样的步骤培养基因工程动物 。 正如SAGE的首席执行官戴维·斯莫勒（David Smoller）说的那样 ， 这是可以“量产”的基因组编辑技术 。
前景与风险
CRISPR已经勇猛地踏上了商业化的征途 ， 研究人员和商人都在为这种技术设想新的商业用途 ， 其中的某些想法甚至有些狂妄 。 运用这种技术 ， 医生或许可以在怀孕早期的妇女体内 ， 改造与唐氏综合征有关的异常染色体；育种人员可以重新向抗性杂草的基因组中引入对除草剂敏感的基因；我们还可以复活已经灭绝的物种 。 这当然会让有些人感到害怕 。 比如 ， 最近就有一些警告性的头条报道 ， 将这种技术形容为“扮演上帝的好方法” ， 或者“瓶中妖” 。 这些文章担心 ， 当我们急于摆脱疟蚊 ， 太想治好亨廷顿病 ， 或者期望“设计”出更好的婴儿时 ， 我们也可能是在创造一个充满有害新基因的“侏罗纪公园” 。
以哈佛大学研究人员提出的“灭蚊项目”为例 。 美国伍德罗·威尔逊国际学者中心（Woodrow Wilson International Center for Scholars）的生物安全分析师托德·库伊肯（Todd Kuiken）认为 ， 战胜疟原虫是一回事 ， 但要消灭这种寄生虫的载体 ， 却是完全不同的另一项任务 。 如果我们的目标是根除疟疾这种每年感染两亿人、杀死60万人的疾病 ， 我们就不得不小心 ， 自己是否会制造出10个新麻烦 。 “我们必须想清楚 ， ‘我们真要这样做吗？’如果答案是‘是’ ， 我们有哪些可用的系统？有什么样的保障措施？”
科学家正在快速行动 ， 他们希望预见CRISPR技术最可能的危害 ， 并制定应对措施 。 2014年7月17日 ， 当哈佛大学的团队发表一篇讨论如何用CRISPR消灭疟蚊的论文时 ， 他们也在呼吁公众对这一问题进行讨论 ， 他们也指出了基因改造在技术与监管上的窘境 。 该团队的生物伦理学家让蒂宁· 伦斯霍夫（Jeantine Lunshof）说：“CRISPR的发展如此迅猛 ， 很多人还没听说过这种技术 ， 但是我们确实正在使用它 。 这是一种新现象 。 ”现在 ， 在伯克利的创新基因组计划 （Innovative Genomics Initiative） 的框架下 ， 杜德娜正在组建一个团队 ， 专门讨论应用CRISPR的伦理问题 。


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