1700235029
生命密码2：人人都关心的基因科普 [:1700232028]
1700235030
生命密码2：人人都关心的基因科普
1700235031
1700235032
1700235033
1700235034
1700235035
1700235036
1700235037
1700235038
生命密码2：人人都关心的基因科普 [:1700232029]
1700235039
生命密码2：人人都关心的基因科普 基因编辑制造“新型人类”？
1700235040
1700235041
2018年11月26日，世界上首批已知经过基因编辑的婴儿，双胞胎女婴“露露”和“娜娜”在中国出生。负责该项目的研究者表示，这对女婴的CCR5基因经过了基因编辑，这使她们生来就能预防艾滋病病毒的侵染。
1700235042
1700235043
此消息一经公布，便在国内外引发了巨大争议。“基因编辑婴儿”的诞生，到底是利用高科技让人类远离疾病威胁的福音，还是罔顾科研伦理道德的违规行为？这还要从基因编辑技术的前世今生说起。
1700235044
1700235045
何为基因编辑
1700235046
1700235047
基因编辑技术是对基因进行DNA片段插入或者敲除，以改变生物遗传性状的技术。它与传统转基因技术的区别是转基因是把外源基因转入生物的染色体中，而基因编辑技术是对原有基因进行修改。
1700235048
1700235049
早期的基因编辑技术包括锌指核酸内切酶（zinc-finger nucleases，ZFN）技术和类转录激活因子效应物核酸酶（Transcription Activator-like effector nucleases，TALEN）技术。这两种技术都能对基因进行定点编辑，但成本更低、操作更简便、准确度更高的CRISPR-Cas9技术问世后，迅速取代了前两种基因编辑技术，现在说起基因编辑，基本上指的都是CRISPR-Cas9技术。
1700235050
1700235051
CRISPR-Cas9技术的发明灵感来源于细菌或古菌的免疫防御系统。当病毒入侵，把自己的DNA整合到细菌或古菌染色体中时，细菌或古菌便会识别病毒的DNA序列，把一小段病毒DNA整合到细菌或古菌染色体中名为CRISPR序列的串联重复序列里；当同样的病毒再次入侵时，CRISPR序列附近的Cas 9基因便会表达Cas9蛋白，该蛋白能针对性地识别被整合到CRISPR序列的那段病毒DNA，从而对具有含有同样DNA片段的一切DNA进行切割，达到消灭病毒的目的。
1700235052
1700235053
Cas9属于Ⅱ型CRISPR/Cas系统，Cas9蛋白对病毒DNA的识别，需要借助一段结合在该蛋白上的RNA，这段RNA与靶标DNA互补，所以只要双链DNA上存在与这段RNA互补的序列，并且末端含有Cas9的特异性识别位点，Cas9蛋白就会将它们切割。也就是说，利用此技术进行基因编辑时，只要给要切割的DNA人为合成一段互补RNA，使之与Cas9蛋白结合，Cas9蛋白就会识别这段DNA并进行切割，此时研究者便可以对这段DNA进行剪除，或者将一段新的DNA整合到被剪切的位置。
1700235054
1700235055
2012年，来自法国和美国的两位女科学家埃玛纽埃尔·卡彭蒂耶（Emmanulle Charpentier）和詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）首次用CRISPR-Cas9技术对DNA进行了编辑。随后，华裔科学家张锋改良了该技术，用此技术对体外培养的人类细胞进行了基因编辑，这是此技术首次被应用于真核生物。
1700235056
1700235057
1700235058
1700235059
1700235060
示意图：如果Cas9蛋白连接的RNA片段能与目标DNA互补，Cas9蛋白便开始切割目标DNA（绘图：傅坤元）
1700235061
1700235062
基因编辑技术在使用过程中可能出现失误，导致该切割的基因没被切割，不该切割的正常基因反而被误切，这种情况叫脱靶。从目前的检测结果来看，CRISPR-Cas9技术的脱靶率相对较低，比其他基因编辑技术相对安全，已经在多个领域开始应用。
1700235063
1700235064
基因编辑的应用
1700235065
1700235066
神器在手，焉有不用之理。CRISPR-Cas9技术的出现大大降低了科研成本，为新研究提供了强大的新工具，让生命科学走进了全新的纪元。此外，CRISPR-Cas9技术能准确、便捷地改造生物基因，为不少重症患者带来了康复的希望。
1700235067
1700235068
2016年，张锋等研究人员用CRISPR-Cas9技术治疗一种名为杜氏肌肉营养不良症（Duchenne muscular dystrophy，DMD）的遗传病，实验结果显示，经过基因治疗的动物模型病情得到了改善。另外也有研究证明，此技术可用于治疗地中海贫血和镰刀型贫血，将致病基因编辑为正常基因，便可让患者康复。而张锋的同门师妹杨璐菡，则致力于用CRISPR-Cas9技术清除猪基因组中的内源性逆转录病毒，并减少猪器官移植人体时产生的免疫排斥，培养出能为人体提供移植器官来源的基因编辑猪。
1700235069
1700235070
CRISPR-Cas9技术还能应用于肿瘤的免疫治疗。将肿瘤患者的T细胞进行基因编辑，可以提高T细胞对肿瘤细胞的识别、杀伤能力，再将经过基因编辑的T细胞注射回患者体内，这些细胞便会自发清除体内的肿瘤细胞。此外，研究人员还能用CRISPR-Cas9技术分别切割肿瘤细胞的各个基因，通过观察每个基因被切除后肿瘤细胞的生理活动，寻找使肿瘤细胞逃过免疫杀伤的基因，从而针对这些基因设计靶点药物，提高药物对肿瘤细胞的杀伤率。
1700235071
1700235072
就连一直被认为是“可防不可治”的唐氏综合征，都有望通过CRISPR-Cas9技术进行治疗。唐氏综合征是因为患者比常人多了一条21号染色体所致，如果能用CRISPR-Cas9技术敲除那条多余的21号染色体，便有望让患者的染色体数目恢复正常。但患者体内共有3条21号染色体，如果在敲除时不加区别地把3条染色体统统敲除，那就是治病不成反要命了。所以，研究人员还需要设计出针对多余21号染色体的敲除方案，特异性地把那条染色体敲除。这是一个相当艰难的工作，研究人员现在仍在努力。
1700235073
1700235074
除了定向地切割并编辑双链DNA外，美国博德研究所刘如谦（David Liu）团队进一步拓展了CRISPR-Cas9系统的应用，用失去酶活性的CRISPR蛋白融合一种可以替换碱基的酶，构建了可以不经切割直接修改单个碱基序列的单碱基编辑工具（base editing，BE）。单碱基编辑工具不会引入DNA切割，因此可以在一定程度上避免引入基因组的不稳定性。考虑到人类遗传病中有很大一部分都是单碱基突变造成的，能够精确修改的单碱基编辑器在医学应用上将会大有潜力。
1700235075
1700235076
基因编辑可否改造人类
1700235077
1700235078
既然基因编辑能治疗如此多的疾病，那回到开头的问题：在人类出生前便对其CCR5基因进行编辑，使人类免受艾滋病的威胁，算不算功德一件？