Cell對話：我門該如何應用基因編輯？

CRISPR基因編輯無疑是本世紀以來最受矚目的生物技術之一。CRISPR可以用來做什麼？如何來實現這一過程？這大概是人們目前對這項技術最關心的問題。3月28日，在Cell網站Crosstalk專欄上的一篇文章中，Trends in Biotechnology雜誌的編輯Matt Pavlovich就CRISPR目前所面臨的一些問題進行了探討。

CRISPR療法面臨的一些問題及改進策略

在分子和細胞生物學家眼中，最緊迫的問題大概是如何將實驗室發展的基因編輯轉化為療法。首先，確保設計的CRISPR治療藥物編輯正確的DNA序列至關重要。與其他修改基因組的方式相比，CRISPR的一大優勢就是特異性：進行編輯工作的Cas9酶可以被引導到基因組的特定位點，突變、刪除或插入DNA。但CRISPR/Cas9系統同樣也存在脫靶效應這樣的問題。目前，預測脫靶效應仍然具有挑戰性，用早期基因組編輯先驅，哈佛遺傳學家George Church的話來說，「我們所謂的基因組編輯絕大部分實際上都是對基因組的破壞。」

即使可以將DNA的任意序列插入到基因組的目的位點，在實驗室的細胞中實現這一操作比在動物或人類中要容易得多。在活器官中引導蛋白質或一系列遺傳物質進入目的細胞或組織，將會面臨著遞送和動力學問題的巨大挑戰。設計的CRISPR藥物將如何達到身體的靶點，它到達那裡後能夠以多快的速度進行編輯？就好比某些常規藥物對全身起作用，而另一些藥物特異性更強，某些被設計為儘可能快地起效，而另一些被配製為緩釋製劑，CRISPR藥物同樣需要在分子和藥理學水平上進行精心設計。

儘管存在這些挑戰，但仍舊有一些尚未發表的研究透露了一些CRISPR治療藥物的希望。一項報告特別提到，只有10％的細胞群體被成功編輯才足以扭轉疾病狀態。

那麼，基因編輯還能如何改進呢？一種普遍的策略將目光聚焦在Cas9酶上。目前使用的Cas9來自特定的鏈球菌細菌，這些蛋白質有許多其他突變體。一些突變體可能通過更加深入地研究微生物基因組被發現，還有一些可以通過在實驗室中構造新型Cas蛋白質獲得，另一些Cas之外的其他蛋白質家族也能夠巧妙通過不同的方式編輯基因組。與Cas9一樣，未來的挑戰在於弄清楚這些蛋白質可以做什麼，如何實現這一過程。

倫理問題無法忽視

不過，基因組編輯中最困難的問題也許不是生物與技術，而是哲學層面的。基因組編輯能夠引起深遠的變化，特別是當應用於可能傳給下一代的基因組時。國家科學院建議，如果沒有廣泛的社會共識，這種種系編輯或人類胚胎編輯就不能執行。而倫理學們家制定的標準是如此模糊及苛刻，幾乎不可能實現。即使進行了這樣的實驗，對於孩子和整個領域來說，風險也將是巨大的：一個不可預見的悲劇性結果可能讓科學界和公眾很長一段時間都對基因組編輯感到反感。

基因編輯相關的倫理問題不止種系或胚胎編輯方面。與媒體和公眾的溝通以及政策法律問題也值得仔細考慮。而對於正在開發基因工程工具的科學家來說，研究人員預先考慮技術潛在濫用的職責是什麼？到目前為止，基因組編輯的道德準則和監管標準遠遠落後於技術本身。

CRISPR的廣泛應用

當然，治療不是基因組編輯的唯一應用，醫生也不是唯一可以從這項技術中受益的人。具有化學工程背景的Matt Pavlovich對 CRISPR編輯細菌基因組尤為感興趣，他認為這項技術可能徹底改變從生物燃料到啤酒生產的一切工業發酵過程。合成生物學家也看到巨大的機遇，他們能藉助這項工具更好地了解並操縱信號網路和調控元件。基因編輯為那些希望研究DNA結構基礎科學和DNA酶機制的細胞生物學家也提供了一個平台。

中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平台上，發表和介紹國內外原創的科研成果。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦

微信公眾號：中國生物技術網

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！