GeorgeChurch專訪：CRISPR是如何引領基因編輯革命的？

George Church：哈佛醫學院著名遺傳學家

　　11月26日，Nature Communications雜志發表了遺傳學界的大牛George M. Church領導哈佛醫學院的團隊，在人iPS細胞中進行了CRISPR基因編輯。他們將全基因組測序和靶向深度測序結合起來，評估了Cas9編輯iPS細胞時的脫靶效應，還鑒定了一個影響Cas9特異性的單核苷酸變異（SNV）。

　　CRISPR基因編輯和iPS重編程是近年來的兩大熱點技術。CRISPR/Cas9已經在多個領域中展現了自己強大的特異性基因靶標能力。而iPS重編程在構建疾病模型和新藥開發中有著很高的應用價值。將CRISPR應用到iPS細胞中去，似乎是一件大勢所趨的事情。

　　11月30日，美國波士頓發行量最大的報紙《波士頓環球報》對George M. Church進行了題為“A Tool to edit DNA revolutionizing research in Boston area”的專訪，本文是對其專訪稿的翻譯。

　　CRISPR技術誕生的背景意義

　　我們的自然界存在許多奇怪的生物現象：例如構造簡單的微生物（細菌）卻存在具有記憶功能的免疫系統。微生物（細菌）經過一系列外界刺激后，它能夠迅速記住其中的變化模式，并在下一次刺激到來之前作出相應應對措施。

　　科學家關心這些現象不僅僅是處于對科學的好奇心，我們更加在乎的是細菌來改造生物的機制。通過這種CRISPR技術，提高了基因組的編輯精度，即科學家剪切和插入合成的DNA片段的速度，創造了許多動物模型來治療人類癌癥，或者是創造了血紅細胞來抵抗HIV病毒。

　　CRISPR從發現到應用的歷程

　　CRISPR基因組編程技術是近兩年興起的一種新技術，2013年兩篇Science新聞開創了CRISPR基因組編輯技術的新時代，隨后生命科學界刮起了 CRISPR風暴，迄今為止CRISPR方法已迅速席卷了整個動物王國，成為DNA突變和編輯的一種重要技術。

　　CRISPR全稱為clustered regularly interspersed short palindromic repeats，是源于細菌及古細菌中的一種后天免疫系統，它可利用靶位點特異性的RNA指導Cas蛋白對靶位點序列進行修飾。直到今年科學家們才開始利用這一系統在活體動物基因組中生成靶向突變，刪除原有的基因或插入新基因。

　　CRISPR技術的優點

　　與過去數十年里進行基因工程的其它任何方法相比，CRISPR技術的優點就在于它使用的是單一的酶。這種酶不需要改變你設定目標的每一個點，你只需要使用 一個不同的RNA副本對它進行重新編輯，這很容易設計和實現。

　　生命科學突破獎獲得者中有幾位科學家則分別是在遺傳學，RNAi等領域的突出貢獻而獲獎，如 哈佛醫學院遺傳學教授加里·魯夫昆就是一位微小RNA(miRNA)研究領域的著名科學家，他曾發現了首例微小RNA：lin-4通過與目標信使RNA不 完全堿基配對，來調控這些目標的翻譯的機制，并發現了第二個微小RNA——let-7，以及它在動物（包括人類）系統發育中如何保護的。

　　2008年獲拉斯克基礎醫學獎（Albert Lasker Basic Medical Research Award）。 miRNA是一類非編碼小RNA，其長度為19到25個核苷酸，在真核生物的多種發育和生理過程中發揮著重要的調節作用。加里·魯夫昆等人就曾通過分析比 較了86個不同真核基因組序列，分析了小RNA輔助因子的系統發生譜，并指出，在RNA剪接和小RNA介導的基因沉默之間存在密切關聯。

　　CRISPR技術給波士頓地區生物工程發展帶來的影響？

　　“美國雅典”的波士頓（英語：Boston）是美國馬薩諸塞州的首府和最大城市，也是在人口上美國的第21大的城市。今天的波士頓是高等教育和醫療保健的中心，它的經濟基礎是科研、金融與技術—特別是生物工程，并被認為是一個全球性城市或世界性城市，哈佛大學、麻省理工及威廉姆斯學院等世界名校都坐落在這里。

　　在波士頓地區，有2家公司治療，與基因變異相關的疾病。與此同時，幾乎每周都能看到基因編輯工具被用于一個新的領域：MIT研究者已經構建了帶有肝臟腫瘤的老鼠模型；哈佛大學的研究者通過基因編輯來破壞并降低小鼠體內的膽固醇水平；波士頓兒童醫院的科學家利用干細胞，重組了基因變異引起的血液罕見病。

　　波士頓地區與CRISPR技術相關的公司

　　目前，波士頓地區與CRISPR技術相關的公司有2家：Editas Medicine，是一家利用基因編輯技術進行基因治療的公司；另一家CRISPR Therapeutics 開展的業務也與Editas Medicine相似。

　　另外，波士頓許多其他領域的科學家也陸續采取這項技術作為他們感興趣領域的工具。例如：癌癥研究者發CRISPR可以用來驅動癌癥，過去幾年都一直用的是老工具。

　　生物界對CRISPR的評價

　　美國馬薩諸塞州博大研究院的創始人Eric Lander（Eric Lander是國際人類基因組計劃美國部分的主要貢獻者，開發了很多用于現代基因組研究的工具軟件）表示：最讓人驚訝的是，細菌已經在10億年前發明了這項技術，然而當我們為人全基因組和小鼠全基因組設計這種方式時，作用機制卻不是那么明朗。“CRISPR”技術真的是一個強大的工具，在不到2年的時間里，從一個不太確定有用的idea中，到目前所有的畢業生都將“CRISPR”當做一項常識

　　德國亥姆霍茲感染研究中心）的艾曼紐·卡彭特（Emmanuelle Charpentier）及美國加州大學伯克利分校的詹妮弗·杜德納（Jennifer Doudna）表示：“修改生物體基因特定部分的能力，對于增加 我們對生物體的認知是必不可少的。這是該領域的一種巨大跨越，因為它意味著基本上任何人都能夠使用這種基因編輯或者重新編寫的技術帶給哺乳動物基因變 化。”

　　馬薩諸塞州總醫院病理學副主任Keith Joung博士表示：當我第一眼看到CRISPR基因組編輯技術論文時，就覺得如果這是真的，所有的游戲規則將改變。正好在接下來的幾個月里，博大研究院的 Church和張鋒（Feng Zhang）展示了“CRISPR”技術的魅力：采用這項技術對小鼠和人源細胞的基因進行編輯，發現“CRISPR”可以再有機體內進行編輯，并對斑馬魚胚胎的基因組進行編程。

　　麻省理工學院科赫研究所綜合癌癥研究中心的 Tyler Jacks表示：CRISPR方法真心很強大，現在我們實驗室幾乎每一項目都會用到這項技術。

　　哈佛大學干細胞與再生生物學研究所也用到了這項技術，順利刪除了感染HIV病毒的必須基因——CCR5。研究所副教授Derrick Rossi表示：過去的基因編輯工具遠不及現在的CRISPR技術。其最新一項研究利用CRISPR Cas技術有效及精確地編輯刪除了直接從患者處采集的細胞——人類造血干細胞和T細胞中的臨床相關基因，構建出了一種能夠阻斷HIV侵襲和破壞患者免疫系統的有效治療方法。

　　麻省理工學院科赫研究所應用生物學Daniel Anderson教授表示： 基因組編輯技術CRISPR治愈成年老鼠活體所患的遺傳性肝臟疾病將很快用到人身上，說明Crispr的技術可對龐大的脫氧核糖核酸(DNA)數據庫作出研究人員所稱的高精度微調。

　　哈佛大學干細胞與再生生物學系生物學家、諾貝爾獎獲得者Craig Mello表示：正是有了CRISPR，使得過去一切不實際的想法變成了可能。其補充道：我們的生物機體究竟是如何工作仍然是一個謎底，我們也僅僅是剛剛邁入了這個“生命”領域的邊緣。

　　如何評價您的工作？

　　過去幾十年的時光里，生物學家盡管知道研究細菌的DNA及它們復制的起點，但是那似乎看起來漫無目的。隨后的十年時間里，這一遺傳學問題逐漸明朗，并且提供了一個簡單的方法，使細菌插入和剪切，通過帶有噬菌體的病毒。

　　George Church表示：我是一個技術狂，年輕時，我會采取不限于生物學的各種技術手段，也使得我看到了許多罕見的食物。我曾預測到將來可能會在人體細胞中編輯基因，于是一旦將實驗室組建起來，就立馬投入這項工作，并且發現在人體細胞中編輯DNA很有效。

　　CRISPR（全稱clustered regularly interspaced shortpalindromic repeats） ，是2012年由加州和歐洲的科學家共同發現，并被寄希望于獲得諾貝爾獎。但是其快速增長和廣采用，卻是由我們波士頓的科學家來傳播的，例如將斑馬魚胚胎中細胞移植到小鼠和人源細胞中。這項技術的廣泛應用使得“CRISPR”也逐漸由一個短語變成了一個動詞，很多科學家在要剪切或者刪除基因時都會提到 “CRISPRing”。