Nature專題：基因組編輯

日期：2015-12-04 08:49:58

遺傳工程這一名詞出現于上世紀70年代，然而直到過去的幾年里，研究人員才開發出一些工具，讓他們能夠以設想的精度來改造基因組。本月，中、美、英三國的科學團體匯聚于美國華盛頓，聯合舉辦了一場“以編輯人類生殖細胞系”為主題的國際峰會。

12月3日，《自然》（Nature）雜志也推出了一期名為“Genome editing”的專題，以11篇文章形式專題介紹了三種主要的基因組編輯工具，基因組編輯在醫學、農業、表觀遺傳學等各個領域廣泛應用，胚胎基因組編輯，及基因組編輯面對的4大問題等等相關內容。

ZFNs、TALENs和 CRISPR–Cas9，基因組編輯的三大工具

基因組編輯簡單來說，就是利用一些酶來靶向切割DNA序列，再借助細胞機器修復這些切割，以達到對基因組進行定點修飾目的的一項技術。它使得科學家們能夠以前所未有的精度來破壞或是改造一些基因。鋅指核酸酶（ZFNs）、轉錄激活因子樣效應物核酸酶（TALENs）和CRISPR–Cas9是當前三種主要的基因組編輯工具。由于具有便捷、廉價、產物具有可擴展性，且能夠用于多個靶向基因組位點等優勢，CRISPR–Cas9相比ZFNs和TALENs得到了更廣泛地應用.

基因組編輯：帶來無限的可能

從農業科學家、傳染病專家、合成生物學家到表觀遺傳學家，基因組編輯已成為了各個領域最熱門的焦點。

2013年，美國國家科學院院士Hans Clevers從兩個囊性纖維化患兒那里分離出腸道干細胞。他利用這些干細胞培養出了腸組織，并導入在囊性纖維化患者中遭到破壞的一種基因的健康版本。這是第一次證實了CRISPR–Cas9基因編輯工具可以修復人類組織。Clevers的工作向人們展示了CRISPR–Cas9不僅是基礎科學工具，還可能是醫學突破之源。

現在，世界各地的研究團隊正在如火如荼地展開研究，以測試CRISPR平臺治療從重癥聯合免疫缺陷（SCID）、艾滋病、鐮狀細胞病到肌萎縮癥等一系列疾病的能力。許多科學家甚至預測，它的醫學應用將很快超越TALENs和ZFNs等其他的工具。人們希望基因組編輯將最終能夠解決目前無法攻克的疾病。

在農業領域，當前經過改造的CRISPR–Cas9系統正被迅速地應用到水稻、小麥、玉米等不同作物基因組的定向編輯研究中，以及對豬、牛、羊等動物進行遺傳改造。研究團體期望借助這一技術能夠幫助解決因世界人口增長過快面臨的糧食短缺問題。

是否應該編輯人類生殖細胞系？

生成的可遺傳基因組編輯有潛力阻止疾病傳遞給下一代，但如果我們無法充分認識人類的基因表達，“永久”的遺傳改變也會帶來風險。CRISPR技術先驅、加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna，及遺傳大牛、哈佛醫學院的George Church分別撰文談論了對生殖細胞基因組編輯的看法。兩位均強調了監管的必要性，但認為不應該完全禁止人類生殖細胞的編輯。