身陷学术争论一年的韩春雨团队撤回了论文，却没能平息关于基因编辑技术的争议，而就在同一天传出了美国国内首次进行人类胚胎基因编辑并取得成功的消息。可见，科学家们探寻新的基因编辑技术的脚步不会停止。那么，基因编辑究竟是怎么回事？将会给人类带来怎样的变化？

身陷学术争论一年的韩春雨团队撤回了论文，却没能平息关于基因编辑技术的争议，而就在同一天传出了美国国内首次进行人类胚胎基因编辑并取得成功的消息。可见，科学家们探寻新的基因编辑技术的脚步不会停止。那么，基因编辑究竟是怎么回事？将会给人类带来怎样的变化？

横空出世的DNA剪刀

展现“惊人实力”

自从科学家发现生命的遗传密码主要存在于DNA双螺旋结构以来，人类就开始了基因编辑技术的幻想。“人们想要通过基因编辑技术来改写DNA这本生命的无字天书，就像用电脑编辑一篇word文件，可以利用鼠标和键盘等手段进行编辑。”中国科学院动物研究所研究员李伟博士说。

然而长期以来，科学家们只能通过物理和化学诱变、同源重组等方式对DNA进行编辑，但这些方法都不够方便和精确。直到2012年，一种名为“CRISPR/Cas9”的DNA剪切技术横空出世，让科学家们看到了希望。与以前效率低下的DNA编辑方法相比，新工具就像一个DNA剪刀手，剪开特定RNA序列指向的地方，开启细胞DNA的修复过程。由于Cas9系统优异的指向性和特定性，一问世就获得了科学家们的青睐。

科学家们认为，CRISPR可能是自20世纪70年代生物技术时代开启以来出现的最重要的基因工程技术。CRISPR系统具有搜索和替换DNA的双重功能，可以让科学家们通过替换碱基，轻松改变DNA的功能。在过去的研究中，科学家们已经证实，利用CRISPR可以治疗小鼠的肌肉萎缩、罕见肝脏疾病，使人类细胞免疫HIV等惊人的功能。

2015年7月，一个韩国科学小组利用CRISPRRNA引导的工程核酸酶修复了两个频发的大的染色体倒位——它们导致了近一半的重症血友病A病例。这是第一次证实可以用可编程核酸酶纠正患者染色体倒位和其他大型的染色体重排。

复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室的研究人员，也通过CRISPR/Cas9技术进行特定基因敲除，快速、高效地构建了血友病乙模型小鼠，以期为血友病乙的研究提供更加便捷的途径。甚至还有研究者用CRISPR成功治疗了患有遗传性肝病和肌营养不良的动物。

为何韩春雨论文曾被寄予厚望

目前CRISPR/Cas9已广泛地应用于生物领域的各个方面。然而，这个系统自身也存在一些缺陷，比如进入细胞后，有可能在非目标位点进行酶切，从而导致脱靶，可能会引发癌症而非治愈癌症。

科学家们一直在研究新的工具来实现突破。这也是去年5月韩春雨团队的那篇论文一发表就被媒体称为“诺奖级”成果的重要原因之一。对此，北京市科协信息中心主办的微信公众号“蝌蚪五线谱”发表文章进行了解释：韩春雨团队论文中声称发现了一种全新的基因编辑工具——NgAgo-gDNA技术，并表示已使用该技术在哺乳动物细胞基因组上的47个位点进行了100%的基因编辑，效率为21.3%—41.3%。“这么高的技术效率完全可以媲美目前世界各个实验室最为流行的基因编辑工具CRISPR-Cas9了。”

“蝌蚪君”说，从原理上来说，早期的DNA编辑技术是通过蛋白质来寻找需要替换的序列，而Cas9则是通过RNA来寻找替换的序列，由于比操作蛋白质简单得多，Cas9技术得以迅速被广泛使用。但是Cas9需要与基因组上19个碱基配对，并要求在这组碱基后紧邻一个特定的三碱基序列（PAM序列），所以这在一定程度上限制了靶位点的选择范围。

而根据韩春雨团队的研究成果，NgAgo-gDNA技术中靶位点的选择则不受特定碱基序列的限制，编辑对象所受限制更小，几乎能编辑基因组内任何位置。另外，与NgAgo结合的gDNA长度为24个碱基，这比与Cas9结合的19个碱基的gRNA要长5个碱基，所以理论上NgAgo要比Cas-9的精确性高出1024倍（4的5次方）。

“通俗地说，基因编辑相当于在一本书中的某个位置找到一个单词将它替换成另一个，并且要保证书中其它地方的单词不被替换。如果替换的是to、the这样简单的单词，那么可能从书中找到多个地方，而找pneumonoultramicroscopicsilicovolcanoconiosi（肺尘病）这样的单词则不太可能找错。从这个角度来说，NgAgo-gDNA技术如果是真的，就比CRISPR/Cas9更厉害一些。”蝌蚪君说。可惜，这惊喜太短暂了。

寻找新的基因编辑技术，科学家们还在努力

虽然有关中国学者编辑人类胚胎细胞基因的议论一直没有停止，这一领域的科学家队伍仍有发展壮大之势。这两天又一重磅消息引发世界关注：美国俄勒冈卫生科学大学研究人员用CRISPR基因编辑技术，成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。

“虽然目前看来挑战CRISPR/Cas9等现有基因编辑技术的希望渺茫，但是寻找新的基因编辑技术仍然是科学家们努力的一个重要方向。”8月3日，国家动物基因研究中心汤波通过其科学网博客发表文章《韩春雨论文被撤，新的基因编辑技术还会出现吗》。他表示相信“新的基因编辑技术仍将出现”。

文中还介绍了近年基因编辑技术的进展。2016年9月15日，来自中国南京大学的研究人员在国际知名期刊《基因组生物学》上报道了一个基于结构引导的核酸内切酶的基因编辑新技术，其最大的特点就是可以实现体内外DNA任意序列的靶向和切割，不过这一研究成果在学术界并没有引起像NgAgo-gDNA技术那样的应用热潮，其实际应用效果还有待进一步观察。

当然，要找到全新的基因编辑工具绝非易事，所以很多科学家致力于对现有技术进行改进，力图使其更便宜、更高效、操作更简便。

2015年底，CRISPR/Cas9技术先驱之一的华裔科学家张峰博士在《细胞》杂志上宣布其找到了一个新的内切酶，可以替代Cas9，因为与Cas9相比，该内切酶只需要一个RNA分子，分子量小更易于进入细胞，基因编辑效果更好，与Cas9剪切位置不同能提供更多的选项。2016年5月和12月，张峰团队又在《细胞》和《自然生物技术》上连续发表两篇文章，分别介绍这个新内切酶的晶体结构，以及同时编辑多个基因的威力。另一个开发出CRISPR/Cas9技术的功勋科学家埃马纽埃尔·卡彭蒂耶（EmmanuelleCharpentier）博士团队4月也在《自然》杂志上发表论文，揭示了该内切酶除对DNA起作用外，还能对CRISPRRNA进行修饰，这正是该基因编辑新系统能轻松实现多基因编辑的重要原因。

“随着更多人加入基因编辑技术淘金热之中，现有基因编辑技术的专利限制将日益凸显，探寻新的基因编辑工具和改进现有基因编辑技术都势在必行，在不久的将来，必将出现更多更有效的基因编辑技术。”汤波说。

据《科技日报》《人民日报》及科学网、蝌蚪五线谱等综合整理

延伸阅读

基因编辑能干些啥

虽然基因测序技术已经取得了振奋人心的进展，但是基因的“黑箱”仍然没有打开。对于最基本的问题“基因是干什么的”，人类还不甚了解。

基因编辑技术有望改变这一点。在CRISPR帮助下，可以通过破坏特定的基因，并观察结果，以加深对不同基因的理解。北京大学生命科学学院研究员魏文胜认为，基因编辑技术作为一种工具，在基础研究方面作用很大。“它的应用范围非常广，意义是极其深远的。我们可以通过抑制基因的表达，做成遗传筛选的平台，探索基因及其表达的蛋白在特定生理、病理、发育等过程中所起的作用。”

改良植物性状

蘑菇在采摘后，极易发生褐变，在储运的过程中，即使十分小心，也难以避免磕碰之后激活那些加速蘑菇腐烂的物质多酚氧化酶，有些蘑菇还没到消费者的手中，就已褐变甚至腐烂。

“苹果、蘑菇的褐变既会影响颜色和口感，最新的CRISPR技术能够把这种多酚氧化酶的基因敲除掉，改良植物的性状。”哈尔滨工业大学生命科学与技术学院院长黄志伟表示，“那么多种植物，那么多的性状，基因编辑在这一领域的应用势必非常广阔。”

治疗恶性疾病

科学家们一直想通过基因编辑技术来彻底治疗疾病，比如定向识别艾滋病毒DNA，将其剪切掉。基因编辑技术与以往任何的医疗技术手段都不同，是一种可以在基因组水平上对DNA序列进行改造，从而改变遗传性状的操作技术。基因编辑的应用和普及使得基因水平的遗传缺陷修复，从而使彻底治愈白血病、艾滋病等恶性疾病成为可能。

“治疗疾病可能是基因编辑技术最不容易引起伦理争议的一个领域。”魏文胜说，“唐氏综合征、地中海贫血症等疾病都可以通过一些基因编辑的手段来进行治疗，目前也取得了一些突破。”

然而，科学家们也指出，基因调控机制极为复杂，并不是简单的“一加一等于二”。一方面，一些病症往往受大量基因的调控，找到特定基因位点的难度不亚于给一本数百万页的大部头的书“挑错”；另一方面，由于功能单一的基因很少，删除或增加基因片段，则有可能会“按下葫芦起了瓢”，反而增加新的疾病隐患。

“复活”灭绝物种

近日，美国哈佛大学的研究团队宣称已经从西伯利亚永久冻土中获得了猛犸象的DNA，希望结合CRISPR基因编辑技术，将从长毛猛犸象残骸上获取的基因拼接到亚洲象的DNA上，进而培育出具有多个猛犸象体征的新型大象。

不过有专家表示，完成“复活”猛犸象的工作并不简单，而复活已经灭绝古生物某种程度上也违背了生物进化的自然过程。这些努力只能从侧面验证，利用基因编辑技术复原一部分生物特征是可行的，但还面临伦理、生态等问题的挑战。

(原标题：新的基因编辑技术还有多远？)

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