CRISPR的未來：基因編輯的五種用途將改變我們的世界

過去幾年來，「CRISPR」這六個字母一直佔據著全球新聞頭條。專家預測，這種基因編輯技術將徹底改變我們的星球，改變我們的社會和我們生活在一起的各類生物體。與其他基因工程技術相比，CRISPR（亦稱CRISPR-Cas9）技術更加精確，且價格低廉易於應用，功能極其強大。在20世紀90年代早期發現並在七年後首次用於生化實驗，如今CRISPR已經迅速成為人類生物學、農業和微生物學等領域中最受歡迎的基因編輯工具。

儘管如此，當前仍然處於探索CRISPR用以改變世界最初階段，因改變DNA的序列——生命源代碼而帶來了許多道德層面的問題和擔憂。以下是這一革命性技術最令人興奮的用途以及我們可能遇到的障礙。

1. CRISPR可以糾正導致疾病的遺傳錯誤

肥厚型心肌病（HCM）是一種較為常見的致命心臟病，每500人中就有一人深受其困擾。多種顯性基因的突變導致心臟組織硬化，進而導致胸痛、無力，更甚者會出現心臟驟停的現象。由於近年來醫療的進步，HCM患者的平均預期壽命已經可以接近普通人群的平均壽命，但若不及時治療，病情則會危及生命。

2017年夏，俄勒岡衛生與科學大學的科學家使用CRISPR技術刪除了人類胚胎中的一些缺陷基因。結果顯示：在受精後18小時注射了CRISPR-Cas9試劑的54個胚胎中，36個在該基因中沒有顯示任何突變（實際上沒有發生該疾病的機會），13個是部分無突變（50%的繼承機會）。 為了進一步減少細胞發生突變的機會，研究人員進行了另一個實驗。在受精時直接在胚胎中修正相同的基因，結果顯示只有1個發生突變。俄勒岡健康與科學大學研究人員Shoukhrat Mitalipov說：「通過使用這種技術，可以減輕這種遺傳性疾病對家庭和社會的負擔。在胚胎髮育的最早階段捕捉突變將減少或消除晚些時候在患者生活中的治療需求。」 總有一天，我們可能會使用基因編輯來徹底治癒這種疾病。

雖然一些幹細胞科學家質疑這些突變是否確實得到修復，但該研究幫助科學家更好地理解CRISPR的功效。此外，HCM研究的共同作者之一已經表示有興趣將相同的技術應用於增加乳腺癌風險的特定基因突變（BRCA1和2）。

科學家們知道，改變人類胚胎的遺傳密碼可能會產生意想不到的後果。如果CRISPR在錯誤的地方進行改變，並無意中改變或消除健康的基因，該怎麼辦？會如何影響病人？目前對人類胚胎進行基因編輯仍存爭論。例如，在美國，食品和藥物管理局（FDA）目前不考慮使用公共資金來研究可能遺傳的基因（俄勒岡研究人員的研究中的胚胎不是用於植入的，而該研究是私人資助的）。在加拿大，編輯可傳給子孫後代的基因是一種刑事犯罪，最高可判十年監禁。在英國，人類受精胚胎學管理局在倫敦授權一組科學家在倫敦編輯人類胚胎基因的許可證。英國科學家希望這將建立一個先例，並為未來的應用敞開大門。

2. CRISPR可以消除導致疾病的微生物

隨著醫療水平的進步，雖然HIV攜帶者目前已經可以帶病生存，但科學家們還沒有找到完全治癒的辦法。這種狀況可能會隨著CRISPR的應用而改變。2017年，中國研究人員通過複製一種能有效防止病毒進入細胞的基因突變,成功地提高了小鼠對 HIV 的抵抗力。而這種基因突變在小部分人群中可以自然發生，這部分人群對於HIV具有免疫力。通過使用CRISPR將突變導入缺乏自然免疫力的人群，可以在未來大大加強人類對艾滋病的抵抗能力。目前，科學家們只是在動物身上進行這些實驗，但有理由相信相同的方法可以在人體中奏效。

中國的另一個基因編輯試驗將於2018年7月開始，試圖利用CRISPR來消除人類乳頭狀瘤病毒（HPV）的基因（一種已被證明會導致宮頸癌腫瘤生長的病毒）。北卡羅來納州的科學家們使用CRISPR來編輯噬菌體，這是一種在細菌內部感染和複製的病毒，可以殺死有害細菌。自20世紀20年代以來，噬菌體已被用於臨床試驗來治療細菌感染，但是從自然界獲取這些噬菌體是困難的，由於當時對此缺乏了解，使得結果變得不可預測。隨著抗生素市場的普及使得噬菌體的使用不受歡迎。即使在今天，一些研究人員仍然擔心大量的噬菌體會引發免疫反應, 或者導致細菌對噬菌體產生抗藥性。

儘管人體試驗尚未開始，但研究人員對使用CRISPR來編輯噬菌體感到樂觀，因為它們是治療細菌感染的安全方法。事實上，在2017年的一個試驗中，研究人員使用CRISPR編輯噬菌體拯救了細菌感染小鼠生命。

3. CRISPR可以復活物種

2017年2月，哈佛遺傳學家George Church在美國科學促進會年會上發表了令人驚訝的聲明。他聲稱他的團隊距離研發出大象-猛獁象雜交胚胎僅需兩年時間。Church和他的團隊希望利用 CRISPR 技術創造出亞洲象與猛獁象遺傳物質相結合的新物種。後者遺傳基因來自西伯利亞發現的冷凍毛球中回收的 DNA。將猛獁象的基因組添加到亞洲象體內, 由此產生的生物體將具有與毛茸茸的猛獁象相似的特徵，如長毛皮, 在寒冷的氣候中可起到保溫作用。最終目標是將這種雜交胚胎植入大象, 並足月分娩。

許多專家認為Church教授有些過於樂觀。即使研究人員擁有一個功能性的混合胚胎，按照Church的建議將它種植在人造子宮內也是另一個需要克服的障礙。誠然，Church的實驗室已經能夠在一個人工子宮裡面生長一個小鼠胚胎，但是這並不能保證我們將在未來幾年見證大象猛獁象雜交物種的誕生。

4. CRISPR可以創造全新的、更健康的食物

編輯番茄植株的分支結構性狀（和雜交育種）可顯著提高產量。紐約冷泉港實驗室研發了一種方法來編輯決定番茄大小、分枝結構的基因，用以提高番茄植株的產量。首席研究員兼冷泉港實驗室教授Zachary Lippman表示，目前每個特性都可以通過調光開關控制燈泡的方式加以控制，相信這一方法可以突破產量限制。

為飢餓的世界提供高產作物只是開端，科學家希望CRISPR也能幫助人類擺脫轉基因生物（GMOs）的困擾。轉基因生物和基因編輯生物之間的區別非常簡單：傳統的轉基因生物通過將外源DNA序列插入生物的基因組中，將性狀或特性傳遞給子代生物體；而基因編輯可以更加精準地改變原生基因組特定位置的基因，通常會淘汰某些基因或改變它們的位置, 所有這些都沒有引入外來的 DNA。

2016年，農業技術公司杜邦先鋒宣布了CRISPR編輯玉米的新品種。儘管轉基因生物在消費者中引發強烈爭議，杜邦先鋒等公司仍希望大眾能更好地接受基因編輯食品。美國市場上已有數十年的轉基因食物，科學家至今並沒有發現存在健康風險。但最大的轉基因生物支持者承認科學家們仍然不知道其所可能的長期風險，CRISPR編輯的作物也是如此。當然，科學家們會繼續對這些作物進行測試和評估，以確保沒有意外的副作用。最終，CRISPR編輯的作物可能會遍及全球市場。

5. CRISPR可以消滅地球上最危險的有害生物

像CRISPR這樣的基因編輯技術可以直接對抗傳染病，但一些研究人員已經決定通過消除傳播手段來減緩疾病的傳播。加利福尼亞大學的科學家研發出一種獨特的蚊子, 它對 CRISPR 的變化非常敏感, 使科學家能夠對這種有機體傳給其後代的特性進行精準的控制。通過阻斷蚊子多個目標基因, 該研究小組正在測試一種「基因驅動」系統來傳播這些抑制性的特性。基因驅動是一種基本的方法來確保遺傳特徵被繼承。通過削弱蚊子的飛行和視力，研究人員希望大大降低其在人類中傳播危險傳染病的能力, 如登革熱和黃熱病。

其他研究人員通過干擾蚊子的繁殖方式來消滅蚊蟲。但是干擾蚊子種群可能會有不可預見的後果。消滅一個物種，即使是沒有太多生態價值的物種，也會破壞生態系統的平衡，這可能造成災難性的後果，例如擾亂食物網或增加瘧疾等疾病。

目前的科學進展表明，CRISPR技術的應用日益精準且安全，但依然存在技術和倫理道德障礙。雖然CRISPR-Cas9等基因組編輯技術具有無窮的潛力，但依然有很多後續工作要做。期待著CRISPR技術為地球提供更多的基因編輯食物，消滅遺傳疾病，或使滅絕的動物物種復生……

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