能徹底治癒癌症的基因編輯技術，是否會改寫人類未來？
在過去五年里，被稱為CRISPR的基因編輯技術徹底改變了現代生物學的面貌和發展步伐。科學家已經發表了5000多篇跟CRISPR有關的論文，生物醫學研究人員越來越多地利用它創建更好的疾病模型。此外，還有不計其數的公司湧現出來，試圖對基於該技術的新葯、治療手段、食品、化學品和材料進行商業化運作。
許多專家和投資者都認為基因編輯具有類似「手術刀」的潛力，可以從根本上治療從癌症到罕見遺傳病的大量疾病。基因編輯技術可能代表了藥物研發的新紀元。大量創新公司正在引領基因編輯治療產品的開發工作，並吸引了來自風險投資機構和製藥公司的大量投資。
一般來說，當我們提到CRISPR時，我們實際上指的是CRISPR/Cas9，這是由單股RNA短鏈以及能夠高效切割DNA的酶組成的核糖體蛋白複合物。它之於生物學和醫學的意義就猶如福特T型車之於製造業和交通運輸業，即普及了一種革命性技術，並在此過程中顛覆了現狀。CRISPR已經被用於治療人類癌症，而利用它治療遺傳性疾病最快可能在2018年進入臨床試驗階段。
但跟T型車一樣，經典版本的CRISPR有些笨拙、不可靠，而且還有點危險。它無法靶向到基因組的任意位置，有時候它會在錯誤的地方切割。而且，它沒有「關閉」選項。如果說T型車的問題是容易過熱，那麼CRISPR的問題就是容易過度切割。
即使存在這些局限，CRISPR仍將繼續成為2018年及以後科學研究的主力工具。但今年，更新穎、更閃亮的基因編輯工具開始亮相，有望超越第一代的CRISPR。所以，如果你才剛剛搞明白CRISPR是怎麼回事，那麼請做好準備吧，因為基因編輯2.0已經來了。
動力轉向
CRISPR的靶向切割動作是其關鍵特徵，但當Cas9切割一個生物體的雙股DNA時，這個基因編輯器會引入一種風險因素：細胞在修復那樣巨大的基因損傷時可能會犯錯。這就是為什麼科學家一直在設計新方法，以期用更安全的方式達到相同的效果。
一種方法是讓Cas9酶產生突變，使其仍能與DNA結合，但讓「剪刀」不再發揮作用。然後，其他蛋白（比如那些能夠激活基因表達的蛋白）便可以跟廢了武功的Cas9結合，讓它們在不改變DNA序列的情況下打開或關閉基因（有時候還會發出光或化學信號）。
來自哈佛大學和博德研究所的其他科學家一直在對CRISPR系統進行更為大膽的調整：編輯單個鹼基對，一次一個。為了做到這一點，他們不得不設計出一種在自然界中不存在的全新的酶，它可以通過化學機制把A-T核苷酸對轉化為G-C核苷酸對。這是一個可能帶來巨大影響的微小變化。哈佛大學華裔化學家大衛·劉（David Liu）領導的實驗室正在從事這項研究工作，據他估計，在人體已知的32,000種致病性點突變中，大約有一半可以通過這種單個轉換來進行修復。
「我不希望讓公眾產生一種錯誤的觀點，認為我們可以把任何人或任何動物乃至培養皿中任何細胞的任何DNA序列轉換為任何其他DNA序列，」大衛·劉說，「但即使在我們如今所處的位置，我們也承擔著很大的責任。這裡的重大問題在於，這個階段還將發展出多大的能力？以及我們能夠多快地把這些技術進步轉化為社會效益？」
踩下剎車
細菌進化出CRISPR是把它作為一種原生的防禦機制，它的作用就是找出外源DNA並徹底根除。這相當於汽車只有油門，沒有剎車，這具有潛在的危險性，尤其是對臨床應用而言。CRISPR在細胞中停留的時間越長，它找到某種看起來像是目標的基因並將之切除的機會就越多。
為了盡量減少這些所謂的脫靶效應，科學家已經開發出了一些新的工具，以更嚴密控制CRISPR的活動。到目前為止，研究人員已經找到了21種獨特的天然抗CRISPR蛋白，這些小分子能夠阻斷CRISPR。
在醫學應用之外，這些「剎車」技術對基因驅動的持續發展也將是至關重要的，這種基因編輯技術能夠快速在種群間傳播特定的基因修飾。能夠以某種方式推動進化，這將讓我們擁有一件強有力的工具，來對抗從疾病到氣候變化的各種威脅。研究人員正在考慮利用基因驅動滅絕傳播瘧疾的蚊子，以及根除有害的入侵物種。但是，在大自然中，基因驅動有可能失去控制，並可能帶來可怕的後果。
只有時間才能證明CRISPR-Cas9系統是不是最好的基因編輯工具，抑或只是一場科學變革的開端。對於不同的應用領域，科學家還需要大量的研究才能確定什麼工具才最合適，目前能做的，或許只有同時推進所有這些系統的研究。要想把基因編輯技術應用到人類疾病治療、農作物培育以及攜病昆蟲的防治上，可能還需要許多年的時間。
毋容置疑的是，基因編輯作為人類歷史上的重大範式轉變，對未來的影響是顛覆性的。
編輯丨Liz
翻譯丨何無魚
校對丨其奇、LUSEN
稿源丨WIRED
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