科学家如何利用CRISPR基因编辑工具治疗遗传性失明
CRISPR基因编辑工具已首次在人体内使用。在一项新的临床试验中，俄勒冈健康与科学大学（OHSU）的科学家正在测试该技术，以治疗导致失明的基因突变。自从2012年被开发以来，CRISPR已显示出有望成为治疗一系列遗传病的潜在新方法。该工具使医生可以切除有问题的DNA部分，例如引起疾病的部分，并可以选择用有益的物质代替它们。这项新的试验是在OHSU进行的，并由私营公司Allergan plc和Editas Medicine赞助，其目标是治疗一种类型的莱伯氏先天性黑蒙（LCA）。这种罕见的遗传性疾病是由影响视网膜的遗传突变触发的，导致患者在幼年期发病，最终导致失明。对于这种特定类型的LCA，该突变发生在名为CEP290的基因上，因此这是该试验的目标。研究人员将装有CRISPR的药物直接注射到视网膜后的感光细胞中，在那里工作以清除有缺陷的基因。CRISPR之前已经在人体中进行过测试，但是在这种情况下，将细胞从患者体内取出，进行编辑后再返回人体。这项新的临床试验标志着CRISPR首次直接在体内发挥作用。OHSU的首席科学家Mark Pennesi说道：“能够编辑人体内的基因非常重要。除了可能为以前无法治愈的失明症提供治疗之外，体内基因编辑还可以使人们能够治疗更广泛的疾病。”这种治疗方法被设计成对患者来说是永久性的，但不会遗传给他们将来可能会有的任何孩子。这是一个重要的区别，因为基因治疗的主要风险之一是，如果在这种情况下出现问题，可能会世代改变人类的基因库。到目前为止，新的CRISPR治疗仅对一名患者进行，而且要记录结果还为时过早。据悉，预计将有大约18名参与者参加，科学家们将测试这种疗法的效果、安全性以及人体对这种疗法的耐受程度。
科学家如何使用CRISPR技术治愈带有宫颈癌细胞的小鼠
澳大利亚格里菲斯大学的研究人员已使用CRISPR-Cas9基因编辑系统有效治愈带有宫颈癌细胞的小鼠。该研究小组针对特定的致癌基因，将其破坏从而使肿瘤消退，动物的存活率为100％。该研究使我们更接近于治愈人类癌症。人类瘤病毒（HPV）感染是几乎所有宫颈癌病例的原因。该病毒将两个称为E6和E7的特定基因整合到人类基因组中，然后继续驱动和维持这种癌症。这使得这些致癌基因成为CRISPR的理想靶点-它们不仅为肿瘤提供了弱点，而且因为它们仅出现在癌细胞中，破坏它们对健康细胞没有任何影响。因此，研究小组设计了一种靶向这些癌基因的方法。在大多数CRISPR实验中，该工具寻找特定的DN段（例如引起癌症的片段），然后将其剪除并用良性替代。在这种情况下，研究小组反而添加了使基因混乱的额外信息。这项研究的首席研究员Nigel McMillan表示：“纳米粒子在癌细胞中搜索致癌基因，并通过引入一些额外的DNA来对其进行‘编辑’，从而导致该基因被误读并停止生产。这就像在单词中添加一些额外的字母，因此拼写检查器无法识别它为‘anyTTmore'。因为癌症必须具有该基因才能产生，所以一旦编辑，癌症就会消失。”为了证明这种疗法的有效性，研究小组在带有人类宫颈癌细胞的活小鼠中对其进行了测试。他们将CRISPR机制封装到“隐形”纳米颗粒中，然后将混合物注入小鼠中。结果是非常令人印象深刻的：处理过的小鼠中的肿瘤完全消失了，这些动物的存活率达到了100％。研究小组还报告说，小鼠没有显示出任何副作用，例如炎症。话虽如此，研究人员确实警告说，可能还有其他尚未发现的基因变化–毕竟，此前的研究发现了脱靶突变的证据。尽管安全仍然是争论的话题，但仍然值得关注。该团队希望在接下来的五年中为人类试验做好治疗准备。它也可能适用于其他类型的癌症。McMillan说道：“这是使用该技术治疗任何癌症的第一种方法。一旦我们知道正确的基因，就可以治疗其他癌症。”该研究结果发表在《Molecular Therapy》杂志上。
基因编辑技术CRISPR
首先必须要提的一点是：目前是世界公认的CRISPR-Cas9技术领导者！虽然CRISPR-Cas9是美国人发明的基因编辑手段，但因为在我天朝研究环境相对轻松，所以近年来取得了一系列举世瞩目的突破。对此，科学家们预测道：CRISPR-Cas9这种价格低廉、功能强大的基因工程技术将彻底改变我们的星球，改变我们的社会和与我们生活在一起的各类生物体。关于CRISPR-Cas9的应用大致可归为五大方面：1. 纠正致病的遗传基因错误通过修改人类胚胎的遗传密码可以将致病基因剔除，从而让人类远离遗传疾病。举个例子:地球上每500人中就有一人得肥厚型遗传心肌病（HCM），患者会表现出胸痛、无力的症状，甚至会出现心脏骤停的现象。通过使用这种技术，在胚胎发育的最早阶段捕捉并修复突变基因，即可彻底治愈这种疾病。2.“复活”已灭绝的物种去年初，哈佛遗传学家George Church在美国科学促进会年会上发表了一份重磅声明，称他的团队距离研发出大象-猛犸象杂交胚胎仅需两年时间！Church和他的团队希望利用 CRISPR 技术创造出亚洲象与猛犸象遗传物质相结合的新物种。猛犸象的遗传基因来自西伯利亚发现的冷冻毛球中回收的 DNA。把猛犸象的基因组添加到亚洲象体内,将产生与猛犸象极为相似的生物体，如具有毛茸茸的长毛皮, 在寒冷的气候中可起到保温作用。到时候，霸王龙、翼龙都可能出现在动物园里~3.抵抗高致病性的微生物艾滋病至今没有完美的治愈办法？这种状况可能会随着CRISPR的应用而改变。2017年，我国研究人员通过将一种能有效防止病毒进入细胞的基因导入小鼠体内,成功地提高了小鼠对 HIV 的抵抗力。而这种基因的突变在小部分人群中可以自然发生，即这部分人群对于HIV具有免疫力。如果用CRISPR技术将基因导入普通人群，可以在未来大大加强人类对艾滋病的抵抗能力。目前，科学家们只是在动物身上进行这些实验，但有理由相信相同的方法可以在人体中奏效。此外，利用这种技术可以消除很多人体有害的微生物。4.创造全新的、更健康的食物纽约冷泉港实验室研发了一种方法来编辑决定番茄大小、分枝结构的基因，这样可以大幅提高番茄植株的产量。转基因生物和基因编辑生物之间的区别非常简单：传统的转基因生物通过将外源DNA序列插入生物的基因组中，将性状或特性传递给子代生物体；而基因编辑可以更加精准地改变原生基因组特定位置的基因，通常会淘汰某些基因或改变它们的位置, 所有这些都没有引入外来的 DNA！科学家也希望CRISPR能帮助人类摆脱对转基因生物（GMOs）的忧虑，这一方法或将解决全世界的粮食问题。5.消灭地球上的有害生物目前一些科学家决定通过消除传播根源来减缓疾病的传播。美国加利福尼亚大学的科学家研发出一种独特的蚊子, 它对 CRISPR 的变化非常敏感, 使科学家能够对这种蚊子传给其后代的特性进行精准的控制。比如，通过剥夺蚊子的飞行能力和视力，或者干扰蚊子的繁殖来消灭蚊虫。这样就可以大大降低蚊子在人类中传播危险传染病的能力, eg：登革热和黄热病。虽然CRISPR-Cas9这种强大的基因组编辑技术在未来具有无穷的潜力，但当前仍然处于探索CRISPR用以改变世界的最初级阶段，因改变DNA的序列——生命源代码也会带来许多道德层面的问题和担忧。不过，我们依然有理由相信CRISPR-Cas9最终将改变世界！