基因編輯工具CRISPR的十大神奇用途

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來源：網易科技

僅在過去一年裡，幾十位世界各地的研究人員就發布科學論文詳細闡述自己的研究結果，他們利用CRISPR剪斷和取代不需要的DNA來開發治療癌症、HIV、失明、慢性疼痛、肌肉萎縮症和亨廷頓症等疾病的療法。加州Caribou Biosciences公司（專為醫療、農業以及生物研究領域開發基於CRISPR解決方案）技術發展負責人、CRISPR專家薩姆·斯特恩伯格（Sam Sternberg）表示：「在CRISPR的支持下，基礎研究的步伐已經呈現井噴式發展。」斯特恩伯格稱，雖然基於CRISPR的治療方案還需要數年時間才能在人體上進行測試的人，但幾乎每天都有無數出版物介紹利用這種新工具在人類健康和人類遺傳學方面的新發現。當然，人類並不是唯一擁有基因組的物種。CRISPR也被應用在動物和植物身上，從幫助抑制導致瘧疾、萊姆病寄生蟲到提高馬鈴薯、柑橘以及西紅柿等作物產量等。美國Cold Spring Harbor Laboratory下屬Sheltzer Lab首席研究員、分子生物學家傑森·謝爾澤（Jason Sheltzer）認為：「CRISPR非常強大，正為大多數實驗室的日常工作帶來革命性變化。」謝爾澤及其團隊正在使用CRISPR了解染色體的生物學機制，以及這些基因錯誤與癌症之間的可能關係。紐約基因組中心和紐約大學生物學助理教授內維爾·桑賈納（Neville Sanjana）稱：「我非常希望在接下來的十年中，基因編輯能從最初的研究工具轉變為能夠在診所中使用的新療法。」。下面就讓我們來看看CRISPR在對抗十大疾病中的神奇作用。

癌症

就像許多疾病那樣，癌症是人們基因突變的結果。研究人員認為，基於CRISPR的療法將來有可能減緩腫瘤擴散的速度，甚至能夠完全治癒癌症。在這個領域，中國已經取得了初步進展。2016年10月份，中國一位肺癌患者成為世界上首個接受細胞注射的人，這些細胞利用被利用CRISPR修改過。由成都四川大學腫瘤學家盧博士（Lu You）領導的研究人員，修改了從病人自身血液中提取的免疫細胞，並禁用了可產生某種特定蛋白質的基因，這種蛋白可幫助癌細胞劫持正常細胞進行分裂繁殖。研究人員認為，如果沒有這種蛋白質，癌細胞呼籲不會繁殖，免疫系統也會勝出。美國的研究團隊也在使用CRISPR對抗癌症。賓夕法尼亞大學旗下Abramson癌症中心的轉化研究主任卡爾博士（Carl June）與同事們於2016年6月獲得國立衛生研究院的批准，對18名晚期黑素瘤、肉瘤以及多發性骨髓瘤患者進行臨床試驗。研究人員將使用CRISPR改變患者自身免疫系統細胞的三個基因，希望這些細胞能消滅體內的癌細胞。

艾滋病

消滅艾滋病（HIV）病毒是一場艱難的戰鬥。這種病毒不僅會感染人體內的免疫細胞，還會感染病毒，但最令其臭名昭著的卻是善於突變。在艾滋病毒劫持體內細胞並開始複製時，它本身會產生大量的遺傳變異，這有助於它逃避藥物治療。世界衛生組織稱，在治療艾滋病感染者方面，這種耐藥性正引發巨大問題。CRISPR已經將艾滋病列入視線。2017年5月份，天普大學和匹茲堡大學的研究人員使用CRISPR把病毒從感染的細胞上剪斷，關閉了病毒複製的能力。蒙特利爾的麥克吉爾大學病毒學家Chen Liang表示，這項技術在三種不同的動物身上進行了試驗，這是研究人員第一次發現能夠消除HIV感染細胞的方法。

亨廷頓病

在美國大約有30000人患有遺傳性亨廷頓病，這是一種致命的遺傳性疾病，會導致大腦神經隨著時間推移而惡化。癥狀包括性格改變、情緒波動、步態不穩以及口齒不清等。這種疾病是基因缺陷所致，這種基因會變得比正常基因更大，併產生名為亨廷頓的異常蛋白質，隨後它會分裂更小的有毒碎片，在神經元中積聚，並破壞它們的功能。但在2017年6月，科學家報道稱，他們在針對小鼠的實驗中扭轉了這種疾病。在試驗中，科學家修改了小鼠身上的亨廷頓基因。亞特蘭大埃默里大學人類遺傳學系的博士後研究員蘇陽（Su Yang）與中國科學院遺傳與發育生物研究所的任寶昌（Renbao Chang），採用CRISPR剪斷了亨廷頓基因中產生有毒突變的部分，發現小鼠大腦中有毒碎片數量減少，神經元開始癒合。受感染的老鼠恢復了部分運動控制、平衡以及抓握能力。雖然與健康小鼠相比，它們在執行某些任務時的表現不算好，但結果表明CRISPR可有助於應付這種情況。科學家們強調，在進行這種治療之前，需要進行更多更嚴格的研究。

Duchenne型肌營養不良症

Duchenne型肌營養不良症是一種使人虛弱的疾病，是體內名為抗肌萎縮蛋白基因發生突變所致，它也是人體內最長的基因之一。美國得克薩斯大學西南醫學中心分子生物學教授埃里克·奧爾森（Eric Olson）領導的研究團隊，正在研究利用CRISPR對抗Duchenne型肌營養不良症的方法。由於肌營養不良蛋白基因發生突變，身體不能形成功能性的肌營養不良蛋白，而後者卻是肌肉纖維健康所必需的。隨著時間推移，缺乏這種蛋白質導致漸進性肌肉退化和虛弱。2017年4月份，奧爾森及其團隊利用改進版CRISPR工具CRISPR-Cpf1，糾正了導致Duchenne型肌營養不良症的突變。他們將這種基因固定在實驗室培養皿中的人體細胞和攜帶缺陷基因的小鼠身上。CRISPR-Cpf1是基因編輯工具箱中的另一個工具，不同於常用的CRISPR-Cas9。它的體積更小，從而使它更容易傳遞到肌肉細胞中。它還能夠識別不同於CRISPR-Cas9的DNA序列，這在編輯很長的抗萎縮蛋白基因時非常方便。

預防失明

兒童致盲最常見的原因之一就是名做萊伯先天性黑朦（Leber congenital amaurosis），每10萬名新生兒中大約有2-3%受到影響。這種狀態是遺傳的，是由至少14個基因突變引起的，這些基因負責正常視力。位於馬薩諸塞州的生物科技公司Editas正在研究一種基於Editas CRISPR的治療方案，可以幫助治療被稱為萊伯先天性黑朦10型疾病。該公司希望能在2017年底之前向食品藥品管理局提交必要的文件，以便開始首次在人體上進行臨床試驗。Editas是由麻省理工學院生物工程學教授張峰（Feng Zhang，證明CRISPR-Cas9可以用於人類細胞）、加州大學伯克利分校詹妮弗·道德納（Jennifer Doudna）以及維也納大學的以馬利·夏邦傑（Emmanuelle Charpentier，證明CRISPR-Cas9可以剪斷DNA）共同創辦的，他們於2012年申請了技術專利。麻省理工學院下屬Broad Institute於2014年4月提交了專利，並進行了快速追蹤，最終獲得了該專利。

慢性疼痛

慢性疼痛是不是一種遺傳疾病，但科學家們正嘗試利用CRISPR改變基因來減少炎症的方法，幫助遏制背部和關節疼痛。在正常情況下，發炎是機體告訴免疫系統修復組織的方式。但是慢性炎症會起到相反作用，破壞組織，最終導致虛弱和疼痛。2017年3月，猶他大學生物工程助理教授羅比·鮑爾斯（Robby Bowles）領導的團隊報告說，他們已經使用CRISPR阻止某些特定細胞製造出能夠分解組織並導致發炎疼痛的分子。這種技術可以用來延緩背部手術後組織的退化，它可以加快癒合，減少需要額外手術來矯正的組織損傷。

萊姆病

麻省理工學院的進化生物學家凱文·艾斯維爾特（Kevin Esvelt）希望消滅萊姆病，這是由蜱傳播的細菌，可以通過鹿蜱叮咬傳播到人體上。如果不及時治療，這種感染可導致關節發炎、神經痛、心悸、面癱或其他問題。雖然引起萊姆病的細菌是由鹿蜱傳播給人類的，但當它們從卵中孵化出來時，蜱類本身並沒有攜帶細菌。相反，幼蜱進食時會被細菌傳染，細菌通常寄居在白足鼠身上。艾斯維爾特想利用CRISPR-Cas9對白足鼠基因進行修復，使它們及其後代減少疾病，並對這種細菌免疫，同時無法將其傳給蜱類。2016年6月，艾斯維爾特向馬薩諸塞州楠塔基特和瑪莎葡萄園島上的居民提出了自己的解決方案，那裡深受萊姆病困擾。然而，在進行進一步測試之前，這些老鼠不會在島上被釋放，這可能需要數年時間。

瘧疾

每年有成千上萬的人死於瘧疾。2015年，世界衛生組織稱大約有2.12億例瘧疾病例。其中死亡約42.9萬人。為了從源頭上解決這個問題，帝國理工學院的研究小組正致力於減少傳播瘧疾的蚊子數量。由奧斯汀·布爾特（Austin Burt）和安德里亞·克里桑迪（Andrea Crisanti）教授領導的科學家團隊正進行兩個方面的研究：基因改造雄蚊以使它們產生更多雄性後代，基因改造雌蚊以降低它們的生育能力。2015年12月份，研究小組在《自然》雜誌上報告說，他們已經確定了三個可以降低雌蚊生育力的基因。他們還宣布，CRISPR至少能對1種基因進行改造。

作物

正如CRISPR可以被用來改變人類和動物的基因組那樣，它也可以用來改變植物的基因組。科學家們正在研究如何利用工具的基因編輯能力，減少某些作物的患病率，並使其更健壯的成長。英國諾維奇塞恩斯伯里實驗室的索菲·卡蒙（Sophien Kamoun）教授正尋找方法，以便加強土豆和小麥的抗病基因。紐約冷泉港實驗室的遺傳學家扎加利·利普曼（Zachary Lippman）也在利用CRISPR，幫助優化番茄植株的枝丫以應對成熟西紅柿的重量。在美國加州，幾個實驗室正在嘗試利用CRISPR解決被稱為柑橘綠化的植物病害，它是由在柑橘林中飛行的昆蟲傳播的細菌引起的。

編輯人類胚胎

基於CRISPR的研究從假設到得出結果的研發速度令人感到震驚，以前需要幾個月的實驗現在只需要幾周就可完成。然而，這種速度也引起了政策制定者和利益相關者的關注，尤其是在將這種技術應用於人類身上的時候。2017年2月，美國國家科學、工程和醫學科學院的科學家發表了一份人類基因編輯評估報告，宣稱編輯人類基因是可以接受的，只是需要被限定在特定範圍內。該組織還說，改變胚胎、卵子和精子中的細胞在倫理上是允許的，前提是這樣做是為了糾正疾病或殘疾，而不是為了增強外貌或能力。2017年3月份，中國廣州醫科大學的醫學團隊在《分子遺傳學和基因組學》雜誌上發表論文，利用CRISPR-Cas9對人類晶胚進行改造。科學家們已經在使用CRISPR-Cas9，利用其編輯人類胚胎中引發疾病的突變。這些研究是為了證明基因編輯可以在胚胎階段完成，這些胚胎不會被植入人體。

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