CRISPR-Cas基因編輯技術是什麼時候由哪位科學家研究出來的?

弄潮科學


杜納德(Jennifer A. Doudna)是美國加州伯克利大學生物化學教授,近年來革命性的基因編輯技術CRISPR-Cas9方法首要發明人。

著作:《創造的裂縫:基因編輯與不可想象的控制進化的力量》(A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution


什麼叫基因編輯術?就是新的技術能夠重新編輯基因,能夠找到相應的基因進行刪除,甚至改寫基因,這在以前是不可想象的事情。

它分為兩部分,這兩部分合起來就是這套基因編輯技術的名字CRISPR-Cas9。

第一步先講CRISPR。 細菌被病毒感染後,會多出外來的DNA序列,CRISPR能將其標出來。 用術語講則是將外來片段整合進細菌細胞的基因組,轉錄出RNA。CRISPR在基因編輯中的角色相當於導航器。

第二步,Cas9相當於剪刀。 導航器將Cas9導航到外來片段所在位置,將其剪除。 CRISPR+Cas9,導航加編輯,完成精確打擊。

洞察細菌免疫系統這個自我防衛機制,杜納德指出其意義在於同一機理可用於各種基因編輯。

怎麼理解這個革命性的基因編輯術?我是文字工作者,就用寫書來作對比:

人類基因組是本天書,長達30億個字(鹼基對),兩萬多個概念(基因)散佈其間。如果我要修改書中的任何部分,得用文本編輯工具,它提供了查找功能,輸入關鍵字,全文檢索,找到目標,然後編輯操作,刪除、改寫、插入,等等。

基因編輯與此類似:CRISPR對應於查找功能,在30億個字的天書裡找到對應的基因片段。Cas9則對應於刪除、改寫、插入等操作。兩者合力,理論上可以找到任意目標基因編碼,可刪除,可插入,可改寫,還可多重編輯。

要達到這個狀態,目前還有兩大制約。

第一,人類基因組是一部天書,我們還遠遠沒有讀懂。

目前達到的水平差不多是這樣:每個字都認識,全篇就基本不懂;有些段落好像讀懂了,但上下文基本不懂;至於伏筆、隱喻,根本不懂。總的來說,距離剛剛脫盲沒多遠。

第二,新基因編輯技術雖然精度顯著提升,但在查找目標基因時,仍然有可能脫靶,就是搜索到錯誤的基因片段。

比如說想搜的是“馮京”,但鼠標落到“馬涼”身上。在一個錯誤的基因上動刀,想想就不寒而慄。

杜納德說,脫靶問題有幾個辦法,

一是理性主義的, 就是用電腦算法遍歷人類基因組這本天書,精確評估脫靶風險;

二是實證主義的, 就是大量實驗,在相似基因序列上反覆打靶,直到找到脫靶風險最小的選擇;

三是工具主義的, 就是改進導航工具增加精度;

四是打補丁主義的, 因為劑量越大則脫靶風險越大,那就控制好劑量等等。

總之,慢慢來。


臨淵野望


CRISPR共同發明人是來自加州大學伯克利分校的Jennifer Doudna博士。

CRISPR技術是上世紀90年代發現的。

由於涉及到倫理和人類基因安全,該項研究一直停留在人體細胞和動植物細胞上。

2012年,《科學》雜誌率先公佈了CRISPR Case9技術。


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