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十点科学|基因魔剪，是怎样修改生命的说明书的？


生命的本质是一种特殊语言 ， 和中文英文没什么两样 。 这意味着我们可以像编辑文本一样地修改生命 。 但遗憾的是 ， 我们对它的理解还很初级 。
十点科学|基因魔剪，是怎样修改生命的说明书的？
本文插图

原则上我们已可随意修改基因 ， 只是还有太多未知风险 。 |来自网络
作者 | 徐斯佳 日本京都大学医学院
这是个基因的时代 。 你一定对“基因改良”、“基因疗法”这些字眼很熟悉 ， 也可能听过被称为“基因魔剪”的革命性技术CRISPR-Cas9 。 凭借“傻瓜式”的简单操作和高效的工作效率 ， CRISPR-Cas9技术令基因编辑推广和商业运作迅速发展 。 商业价值逐年激增 ， 诺奖呼声始终高涨 。 有人为它的发明专利争夺至今 ， 有人急于用它来创造新型人类 。
2020年10月7日 ， 诺贝尔化学奖颁给法国生物化学家Emmanuelle Charpentier和美国生物学家Jennifer Doudna ， 以表彰她们对新一代基因编辑技术CRISPR的贡献 。 全网沸腾 。
这究竟是怎样的一项技术 ， 让全世界为之兴奋？它已经、或将会给我们带来什么？
要回答这个问题 ， 先让我们重新认识一下基因 。
生命的本质是一种特殊语言
人体细胞里收录着一套详细的“身体组装说明书” ， 指导着受精卵一步步长成“有头有脸”的人物 ， 甚至生老病死也受其左右 。 这本天书的“文本”就是DNA（脱氧核糖核酸） 。 DNA分子由4种碱基（分别用A、T、C、G表示）串联而成 。 别看只有4种 ， 它们的排列组合无穷无尽 ， 编码出所有生命运作的细节 。
生物体DNA里完整的一套遗传信息称为一个“基因组” ， 它存在于每一个细胞核里 。 而基因就相当于这本书中的某个章节 ， 一般负责同一个主题（对应特定的功能） 。 粗略估计 ， 人类基因组中约有2万~3万个基因 ， 能编码出不同功能的蛋白质 。 我们生存的每一刻 ， 都是它们聚沙成塔 ， 互相协作的结果 。
之所用书本和文字作比喻 ， 是因为生命的本质是编码 ， 一种特殊语言 ， 和中文英文没什么两样 。 这意味着我们可以像编辑文本一样地修改生命的语句 ， 复制、粘贴、删减其中的内容 。 早在20世纪90年代 ， 就有技术能做这类操作 。 但遗憾的是 ， 对于这门语言的学习和理解 ， 我们还十分初级 。
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基因编辑——修改生命的文本
基因编辑技术 ， 就是能“瞄准”某个基因 ， 对其进行修改的技术 。
基因组在复制过程中难免发生或大或小的偏差 ， 也就是变异 。 变异是物种多样性和进化的原因 。 但有害的变异会导致生理缺陷或疾病 。 基因编辑的目的就是去芜存菁 。
从前 ， 为了得到更香甜的水果或肉质更鲜美的家畜 ， 人们要耗费很多年去筛选、培育优点突出的品种 。 后来研究发现 ， 水果的糖分或家畜的肌肉之所以到一定程度就不会继续增加 ， 是因为有抑制糖分、抑制肌肉生长的“刹车”基因在起作用 。 通过修改、减弱这些基因的作用 ， 就能更快、更经济地获得含糖量高、肉质更好的品种 。
在医疗方面 ， 基因编辑技术可以剔除有害变异、引入正常片段来修复缺陷基因 ， 或干脆令致病基因失效 。 2015年 ， 一名罹患急性淋巴细胞白血病的10岁英国小女孩蕾拉 ， 在化疗及骨髓移植均不奏效的绝境下 ， 尝试了基因治疗 。 医生向她体内注入了5000万个插入了抗白血病基因的正常人细胞 。 这些抗癌细胞成功挽救了蕾拉的生命 。
用传统技术编辑基因 ， 需要把编码剪切酶（一种功能性蛋白）的基因先装入无害的病毒载体中 ， 再导入目标细胞内 。 由于操作复杂 ， 效率低 ， 很难做到大规模推广 。 直到CRISPR-Cas技术的出现 ， 基因编辑技术才正式跨入新纪元 。


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