基因編輯技術CRISPR既可治病還可復活滅絕物種？
在過去幾年裡，CRISPR始終佔據著媒體頭條。專家預測，這種基因編輯技術將改變地球，改變我們生活的社會甚至是周圍的生物。與其他用於基因工程的工具相比，CRISPR(也被稱為CRISPR-Cas9)更精確、廉價、易於使用，而且功能非常強大。
CRISPR是在20世紀90年代初被發現的，並在7年後首次用於生化實驗，此後迅速成為人類生物學、農業和微生物學等領域研究人員中最流行的基因編輯工具。科學家們還處於探索如何利用CRISPR來改變世界的早期階段。當然，改變DNA（生命本身源代碼）的能力也帶來了許多倫理問題和擔憂。有鑒於此，這裡有些這種革命性技術最令人興奮的應用，以及可能減緩或阻止其發揮其全部潛力的障礙。
1.CRISPR可以糾正導致疾病的基因錯誤
肥厚性心肌病(HCM)是一種心臟疾病，在全世界每500人中大約就有1人患病。這種疾病發作時令人感到痛苦不堪，而且常常是致命的。有些顯性基因突變會導致心臟組織變硬，這可能導致胸痛、虛弱，更嚴重時甚至會出現心臟驟停。得益於最近的醫學進步，HCM患者的平均預期壽命接近普通人，但如果不及時治療，會導致危及生命的情況。
但在將來，我們也許可以通過基因編輯來徹底治癒這種疾病。在2017年夏天，美國俄勒岡健康與科學大學的科學家們用CRISPR刪除了人類胚胎中的一個缺陷基因。結果是令人興奮的：在受精後18個小時內採用CRISPR-Cas9技術的54個胚胎中，有36個沒有顯示基因突變(幾乎沒有發展出這種疾病的機會)跡象，而13個胚胎只是部分突變(遺傳HCM的幾率為50%)。
非目標基因突變和嵌合體(只少數細胞發生變化，這意味著小部分人會遺傳變異)只存在於54個胚胎中的13個身上。為了進一步減少部分細胞被改變的可能性，研究人員進行了另一項實驗，他們在受精時直接對胚胎中相同的基因進行了校正。他們發現，只有一個胚胎存在非目標基因突變和嵌合體。這是一個令人印象深刻的結果，使得這項研究比類似的研究更有效率。
這項研究的第一作者、俄勒岡健康與科學大學研究員肖克拉特·米塔利波夫（Shoukhrat Mitalipov）在新聞發布會上說:「通過使用這項技術，我們有可能減輕這種遺傳性疾病對家庭乃至整個人類的負擔。」在胚胎髮育的早期階段捕捉突變，可以減少甚至消除病人生命後期的治療需求。
儘管有些幹細胞科學家質疑這幾十種突變是否真的被修復，但這項研究的確幫助科學家更好地理解CRISPR的功效。此外，HCM研究的共同作者之一已經表示，有興趣將同樣的技術應用於增加乳腺癌風險的特定基因突變(BRCA1和brca2)上。
這就是說，科學家們知道改變人類胚胎的遺傳密碼可能會產生意想不到的後果。如果CRISPR在錯誤的地方做出改變，無意中改變或移除健康的基因該怎麼辦?這對病人有什麼影響?在世界上有些地方，科學家們可以在很大程度上不受束縛地對人類胚胎進行實驗。但在美國、加拿大或英國，情況並非如此。
在美國，食品和藥物管理局(FDA)目前不考慮利用公共資金來研究那些可以遺傳的基因(俄勒岡州研究人員的研究並不是為了植入而進行，且研究是由私人資助的)。在加拿大，編輯可以傳給後代的基因是一種犯罪行為，最高刑罰為10年監禁。與此同時，英國人類受精與胚胎管理局於2016年授權倫敦的一個科學家團隊，允許他們編輯人類胚胎基因。英國科學家希望這將開創先例，並為未來的應用打開大門。
2.CRISPR可以消除導致疾病的微生物
儘管艾滋病的治療已經將病毒從致命殺手變成了健康威脅，但科學家們還沒有找到治癒方法。這種情況可能會隨著CRISPR技術的進步而改變。在2017年，中國研究團隊通過複製一種有效阻止病毒進入細胞的基因突變，成功地增強了老鼠對艾滋病病毒的抵抗力。目前，科學家只是在動物身上進行這些實驗，但有理由認為同樣的方法也適用於人類。艾滋病毒的耐藥性突變發生在一小部分人身上。通過使用CRISPR將突變引入人類幹細胞，研究人員可以在未來顯著增強人類對艾滋病的抵抗力。
另一項在中國進行的基因編輯試驗將於2018年7月份開始，科學家們將嘗試使用CRISPR來破壞人類乳頭瘤病毒(HPV)基因。這種病毒已被證明會導致宮頸癌腫瘤生長。
在一種稍顯不同的方法中，北卡羅來納州的科學家使用CRISPR來設計噬菌體，即能在細菌內感染並複製自身的病毒，以達到殺死有害細菌的目的。自20世紀20年代以來，噬菌體已經被用於臨床試驗中來治療細菌感染。但是，從自然中收穫它們是非常困難的，因為當時缺乏了解，導致結果無法預測，而且抗生素市場的不斷增長使得噬菌體的使用變得不受歡迎。甚至在今天，依然有些研究人員擔心，大量的噬菌體浸入會引發免疫反應，或導致耐抗生素細菌對噬菌體產生抗藥性。
儘管人體試驗尚未開始，但研究人員對使用CRISPR來設計噬菌體持樂觀態度，因為它們是一種經過驗證的、安全的治療細菌感染方法。事實上，在2017年的一項試驗中，研究人員使用CRISPR改造的噬菌體拯救了被耐抗生素細菌感染的老鼠生命。
3.CRISPR可以復活滅絕物種
2017年2月份，哈佛大學遺傳學家喬治·徹奇（George Church）在美國科學促進協會（AAAS）年會上發表了一項令人驚訝的聲明。他聲稱自己的團隊可在2年內培育出大象-猛獁象雜交胚胎。徹奇希望復活長毛猛獁象能夠控制全球變暖，他說：「猛獁象可幫助凍土帶從雪中解凍，讓冷空氣釋放出來。」
徹奇和他的團隊希望利用CRISPR將亞洲象(可能被拯救的瀕危物種)和長毛猛獁象的遺傳物質結合起來。後者的樣本是從西伯利亞發現的冷凍猛獁象DNA中提取的。通過將猛獁象的基因組添加到亞洲象中，最終的生物體將具有長毛象的共同特徵，如長毛，在寒冷的氣候條件下可以作為保溫材料。據《新科學家》雜誌報道，最終的目標是將這種雜交胚胎植入大象體內，並使其完整生長。
這項工作的前景十分喜人，但是很多專家認為徹奇的時間表有點過於樂觀了。即使研究人員培育出混合胚胎，但在人造子宮內生長將是另一個需要克服的障礙。當然，徹奇的實驗室已經有能力利用人工子宮培育出小鼠胚胎。但這並不能保證我們將在未來幾年見證長毛猛獁象的誕生。
4.CRISPR可以創造更健康的新食物
CRISPR基因編輯技術在農業研究領域已被證明非常有前途，來自紐約冷泉港實驗室的科學家利用該工具提高番茄產量。這家實驗室開發了一種方法來編輯決定番茄大小、分枝結構的基因，並最終決定植株的形狀，以獲得更多收穫。首席研究員、冷泉港實驗室的Zachary Lippman教授在新聞發布會上說:「現在，每個特徵都可以像電燈開關那樣控制。我們現在可以使用原生DNA，增強自然提供的東西，我們相信這能幫助打破產量障礙。」
為了滿足飢餓世界的需求，高產作物只是一個開始，科學家們希望CRISPR也能幫助轉基因作物擺脫污名。2016年，農業科技公司DuPont Pioneer發布了一種新品種的玉米，因為研究人員改變了它的基因，因此從技術上講，它不是轉基因作物。
轉基因作物和基因編輯作物的區別相當簡單。傳統的轉基因作物是通過將外來的DNA序列插入作物的基因組中，將性狀或特性傳給未來的有機體。而基因編輯比這種方法更精確：它對作物自身基因組中特定位置的基因進行精確的改變，經常破壞某些基因或改變它們的位置，這些都不涉及引入外來DNA。
雖然轉基因作物繼續在消費者中存在爭議，但DuPont Pioneer等公司希望基因編輯食品更被更好地接受。轉基因食物在美國市場上已經存在幾十年，科學家們沒有發現任何健康風險，儘管轉基因作物的最大支持者也承認，科學家們仍然不知道所有的長期風險。CRISPR編輯的作物也是如此。當然，科學家們將繼續測試和評估這些作物，以確保沒有意料之外的副作用，但這項技術的初期工作效果非常好。最終，CRISPR編輯作物可能會淹沒全球市場。
DuPont Pioneer公司希望到2020年將其「蠟質」基因編輯玉米推向美國市場。經過基因編輯的蘑菇已經繞過了美國農業部的規定，因為它不含有來自病毒或細菌的外來DNA，成為第一個獲得批准CRISPR編輯作物。瑞典已經宣布將對與轉基因作物不同的CRISPR編輯基因作物進行分類和管理，但歐盟委員會尚未決定其立場。
5.CRISPR可根除地球上最危險的害蟲
像CRISPR這樣的基因編輯技術可以直接對抗傳染性疾病，但是有些研究人員已經決定通過消除傳播途徑來減緩疾病的傳播。加州大學河濱分校的科學家們培育出一種蚊子，這種蚊子對CRISPR的變化特別敏感，這讓科學家們史無前例地控制了該生物傳給後代的特徵。其結果是：通過改變負責眼睛、翅膀和角質層發育的基因，創造出黃色、三眼、無翼蚊子。
通過干擾蚊子基因中多個位置的目標基因，研究小組正在測試一種「基因驅動」系統來傳播這些抑制特性。基因驅動是一種確保遺傳性狀遺傳下去的方法。通過削弱蚊子的飛行能力和視力，河濱團隊希望大大降低它在人類中傳播危險傳染病的能力，例如登革熱和黃熱病。
其他研究人員通過干擾蚊子的繁殖方式來消滅蚊子。倫敦帝國理工學院的研究人員曾使用CRISPR來研究攜帶瘧疾的蚊子的雌性繁殖方式，通過基因驅動系統來影響雌性不育的特性，從而令其更容易被遺傳下去。
但是干擾蚊子的數量可能會帶來無法預料的後果。消滅一個物種，即使是一個看起來沒有多少生態價值的物種，也會破壞生態系統的謹慎平衡。這可能會帶來災難性的後果，比如破壞食物網或增加瘧疾等疾病可能由不同物種傳播的風險。
CRISPR的未來
目前的科學進步表明，CRISPR不僅是一種用途極其廣泛的技術，它也被證明是精確的，而且使用越來越安全。但它仍有很多進步空間，我們才剛剛開始看到像CRISPR-Cas9這樣的基因組編輯工具的全部潛力。在我們用基因編輯食物滿足人類需求、消滅遺傳疾病或者讓滅絕物種復活的過程中，技術和倫理障礙仍然存在，但我們依然要按照這個方向前進。
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