?。▽?zhuān)家：中國(guó)生物工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事張樹(shù)庸，本文部分內(nèi)容節(jié)選自《知識(shí)就是力量》雜志2015年9月刊《基因剪刀——基因組編輯的魔術(shù)手術(shù)刀》，原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出自科普中國(guó)微信公眾號(hào)）

　　導(dǎo)讀

　　豬的器官因?yàn)榇笮『凸δ芎腿祟?lèi)似，被科學(xué)家們認(rèn)為是最有可能成為能移植到人的異種器官。長(zhǎng)久以來(lái)，科學(xué)家都?jí)粝胫茉谪i身上培育適應(yīng)移植手術(shù)的人體器官，以便為器官移植提供穩(wěn)定來(lái)源，但人體免疫系統(tǒng)的排斥反應(yīng)和豬基因中病毒造成的感染是研究的兩大阻礙。為此，各國(guó)科學(xué)家一直致力于破解這個(gè)難題，不斷改進(jìn)豬的基因使其更加適應(yīng)人體，在移植后產(chǎn)生盡可能少的排異。

　　不久前，32歲的中國(guó)留美博士張鋒（在美國(guó)麻省理工學(xué)院）新發(fā)明了一種叫作CRISPR/Cas9的技術(shù)，也叫基因編輯技術(shù)，這種技術(shù)能對(duì)基因進(jìn)行剪切，形成了一套基因編輯系統(tǒng)，或許將來(lái)人們治病可以選擇“基因手術(shù)”。這個(gè)叫做CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技術(shù)是什么？到底有什么神奇用途？

　　揭開(kāi)“基因剪刀”技術(shù)的面紗：可治愈癌癥

　　研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌有一種能力極強(qiáng)的免疫系統(tǒng)：當(dāng)外來(lái)的病毒（噬菌體）感染細(xì)菌時(shí)，細(xì)菌就利用身體里的一種酶（Cas9）來(lái)切斷外來(lái)病毒（噬菌體）的基因。這樣，外來(lái)的病毒（噬菌體）不能在細(xì)菌身體里復(fù)制了（繁殖了），就相當(dāng)于把病毒（噬菌體）間接殺死了，這樣細(xì)菌就不會(huì)得病了。我們知道，人生病大多是由于基因的關(guān)系。例如，人患癌癥，大多是由于基因突變。如果用CRISPR/Cas9技術(shù)將機(jī)體里發(fā)生突變的基因剪切掉，植入健康的基因，人的癌癥就會(huì)從根本上治愈。

　　基因編輯研究早已引起“科研潮”

　　CRISPR/Cas9技術(shù)研究成功以后，世界各國(guó)幾千個(gè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室都紛紛利用CRISPR/Cas9技術(shù)廣泛地開(kāi)展著方方面面的研究，掀起了一股基因編輯研究熱潮。

　　例如，中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所的研究人員，利用基因編輯技術(shù)對(duì)兩個(gè)品種的猴子進(jìn)行基因改造（學(xué)術(shù)用語(yǔ)叫基因修飾）。經(jīng)過(guò)基因修飾的猴子繁殖的后代，獲得了兩個(gè)基因靶向修飾的小猴子。這一研究工作引起了國(guó)外同行專(zhuān)家的特別關(guān)注，研究論文發(fā)表在美國(guó)《細(xì)胞》雜志上。

　　中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所的研究人員用該技術(shù)對(duì)水稻和小麥基因進(jìn)行修飾改造，從事育種研究，獲得成功。這一研究工作首次證實(shí)了CRISPR/Cas9技術(shù)能夠用于植物的基因編輯。研究論文刊登在美國(guó)《自然生物技術(shù)》雜志上。

　　中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所的科研人員，用基因編輯技術(shù)治愈小白鼠的白內(nèi)障遺傳病。這一研究成果為疾病治療開(kāi)辟了新徑。研究論文發(fā)表在美國(guó)《細(xì)胞·干細(xì)胞》雜志上。

　　修飾人體免疫細(xì)胞，可能治愈艾滋病

　　據(jù)最新消息，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員，已成功利用CRISPR/Cas9技術(shù)修飾了人體T細(xì)胞。T細(xì)胞是免疫細(xì)胞，改造能使其升級(jí)更具殺傷力。如艾滋病病毒感染人體時(shí)，就是利用其表面的CXCR4蛋白來(lái)感染T細(xì)胞，使其喪失了殺傷力。修飾T細(xì)胞使其表面的CXCR4蛋白失去活性后，艾滋病病毒就不能感染T細(xì)胞了。

　　在癌癥免疫療法中，此基因編輯技術(shù)能成功關(guān)閉PD-1蛋白分子，進(jìn)而誘導(dǎo)T細(xì)胞攻擊腫瘤。該技術(shù)修飾改造T細(xì)胞，對(duì)治療人體自身免疫疾病、癌癥、艾滋病等都是一個(gè)新的思路?？茖W(xué)家非?？春么思夹g(shù)，T細(xì)胞在血液中循環(huán)，能到達(dá)很多病灶，也方便從患者體內(nèi)采集，經(jīng)編輯后再回輸?shù)交颊唧w內(nèi)，能更有針對(duì)性地治療（此成果見(jiàn)美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》2015年7月刊）。

　　30位30歲以下青年領(lǐng)軍人物，楊璐菡榜上有名

　　能否實(shí)現(xiàn)異種器官移植？

　　既然這種CRISPR/Cas9基因剪刀技術(shù)，是這樣一種簡(jiǎn)便、價(jià)廉、多功能、高效率的新技術(shù)，那么能不能用它去改造豬的器官基因呢？

　　近日據(jù)英國(guó)在線(xiàn)雜志官網(wǎng)報(bào)道，29歲的中國(guó)女留學(xué)生楊璐菡作為異種器官移植課題帶頭人，帶領(lǐng)10個(gè)人的科研團(tuán)隊(duì)在哈佛和eGenesis利用CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技術(shù)，剔除了豬基因組中可能有害的病毒基因，從而攻克豬器官用于人體移植的重大難關(guān)，為全世界需要器官移植的上百萬(wàn)病人帶來(lái)希望。鑒于這項(xiàng)成果的意義重大，美國(guó)《科學(xué)》雜志一次性審稿，并提前在線(xiàn)刊登論文。

　　楊璐菡稱(chēng)：“這個(gè)工作掃除了10多年前發(fā)現(xiàn)豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒后在這個(gè)領(lǐng)域的最大的安全障礙，也重新燃起了大家對(duì)異種器官移植的信心。”內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒是嵌在細(xì)胞內(nèi)基因組的病毒，在豬身體里面不會(huì)有毒性。但當(dāng)豬的細(xì)胞和人的細(xì)胞接觸時(shí)，這種病毒會(huì)從豬的基因組“跳”到人的基因組中。異種病毒傳播最典型的例子就是艾滋病病毒(一種逆轉(zhuǎn)錄病毒)從靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物傳播到人類(lèi)，至今還沒(méi)有有效徹底的醫(yī)療方法防御和清除艾滋病毒。因此，豬基因組的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒成為人體移植利用豬器官面臨的一個(gè)重大醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

　　但是CRISPR/Cas9基因剪刀技術(shù)為解決該難題提供了方向。美國(guó)坦普爾大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究院主任卡邁勒·哈利利教授和他的同事利用基因編輯技術(shù)，首次成功地從人類(lèi)細(xì)胞中徹底清除了潛在的艾滋病病毒（HIV-1病毒）。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》上。研究人員認(rèn)為，這是朝著永久治愈艾滋病的方向邁出的重要一步。專(zhuān)家表示：“這是一項(xiàng)令人興奮的發(fā)現(xiàn)，不過(guò)現(xiàn)在還沒(méi)有準(zhǔn)備進(jìn)行臨床試驗(yàn)，它只是證明了我們正朝著正確的方向前進(jìn)。”美國(guó)坦普爾大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究院主任卡邁勒·哈利利教授說(shuō)，因?yàn)榘滩〔《荆℉IV-1病毒）永遠(yuǎn)不會(huì)從人體的免疫系統(tǒng)消滅，只有用基因編輯技術(shù)徹底剪切病毒基因，才能根治艾滋病。這也給實(shí)現(xiàn)異種器官移植創(chuàng)造了可能，不過(guò)異種器官移植除了技術(shù)方面的問(wèn)題，還有生物倫理問(wèn)題、商業(yè)規(guī)范問(wèn)題等仍待解決。