Science推出CRISPR特辑：一场正在进行的革命

 生物学家们一直在打磨能够进行DNA编辑的工具，而CRISPR技术很快成为了其中最耀眼的明星。CRISPR体系包括一个来自细菌的核酸酶和一段与目标DNA匹配的引导性RNA。该技术能够用于多种生物，为人们提供了空前的基因组编辑能力。最近，CRISPR技术在蓬勃发展的同时，还引发了一场不小的风波。Science将最近与CRISPR有关的论文、新闻和评论文章集结起来，推出了名为“The CRISPR Revolution”的特辑。

 

MCR：将杂合突变转变为纯合突变

 

在一个二倍体生物中，如果只有一个等位基因出现隐性功能缺失突变（杂合突变），它往往不会表现出突变性状。但如果两个拷贝的等位基因都发生突变（纯合突变），该生物就会出现表型突变。日前研究人员在CRISPR/Cas9基因组编辑系统的基础上，开发出了一个称为MCR（mutagenic chain reaction）的技术，该技术可以自动生成纯合的功能缺失突变。

 

研究人员在果蝇中展示，MCR能够有效在同源染色体之间传播，在绝大多数体细胞和生殖细胞中将杂合突变转变为纯合突变。研究指出，这一技术也适用于其他生物，可以广泛应用在基础研究、临床医学和农业等领域。

 

制定突变入侵计划

 

Gene drive是一种利用遗传偏好，将基因快速扩散到群体中去的体系。Gene drive一般通过序列特异性的内切酶构建，比如TALEN、锌指酶或者CRISPR/Cas9。在减数分裂的细胞中，如果一个拷贝的染色体含有能表达的内切酶基因，这种酶就会切割另一个染色体形成双链断裂。细胞在进行修复的时候，会将第一个染色体当作模板，把内切酶基因拷贝到第二个染色体中。在理论上，每一个后代都会携带该基因的一个拷贝。

 

MCR技术建立的突变可以入侵基因组，并且几乎百分之百地传递给下一代，这是一种能够抵抗孟德尔遗传定律的强大技术。研究者们指出，MCR将成为最引人注目的gene drive。

 

以MCR的效率来看，理论上只需一只装备有寄生虫阻断基因（阻断传播但不杀死寄生虫）的蚊子，就可以在一个繁殖季中把疟疾抗性传遍整个繁殖种群。现在，研究人员正在合作进行这样的研究。

 

基因组编辑应当谨慎而为

 

包括诺贝尔奖得主David Baltimore、著名遗传学家George Church、CRISPR技术的共同开发者Jennifer Doudna在内的知名学者近日在《Science》杂志上发表文章，强烈反对利用CRISPR基因组编辑技术对人类生殖细胞进行修饰。他们呼吁举行一次国际会议，让全世界各方代表一起讨论使用这一技术的社会、法律和伦理问题，共同制定基因组改造的规则。除此之外，这篇文章还提出了风险管理的一些具体建议。作者们提议采用标准化的基准测试来确定CRISPR脱靶效应的频率和严重程度，并开展适当的风险评估。

 

胚胎基因组编辑敲响警钟

 

1975年，因为担心有人用重组DNA技术设计人类婴儿，科学家们召开了Asilomar会议对这项技术的使用进行了规范。然而近年来，新一代基因组编辑技术出现了爆炸式的发展（CRISPR、ZFN、TALEN）。任何受过基本分子生物学训练的人，都能够轻易在精细胞、卵细胞和胚胎中插入、敲除和编辑基因。

 

坊间传闻，已经有研究团队利用CRISPR技术获得了经过基因编辑的人类胚胎，而且相关论文正在考虑要发表出来。许多科学家担心这样的实验会引起公众恐慌，影响这一技术的合法使用。而且以现有技术编辑人类胚胎，可能对后代产生无法预测的后果。

 

为此，研究者们在Science和Nature杂志上发表了两篇评论文章，号召人们暂时不要对人类生殖细胞进行基因编辑。他们还探讨了如何才能安全且不违背伦理地使用基因编辑技术。