這是基因編輯歷史上最輝煌的一年，一方面是獲得了科學界最耀眼的獎項，另一方面是在治療各種疾病上取得了進展：

通過編輯基因可以改變動物性別，讓生雄性提升了25%的概率；

另外，令人頭疼的線粒體遺傳疾病、鐮狀細胞病等也都將被治癒；

基於CRISPR基因編輯技術的新冠病毒快速檢測試紙，能夠大大提高檢測效率並且降低操作難度和檢測成本……

2020年“火了”，因爲新冠疫情，世界彷彿瞬間停止了，又緩慢啓動了，成千上萬的生命科學家在努力研究新冠病毒是如何對人體造成嚴重破壞。

在這種困難的大環境下，CRISPR基因編輯竟然取得了不錯的成績。

基因編輯

今天我們就來看看，2020年，基因編輯領域有哪些重大突破吧。

基因編輯後的動物穩定成長

幾千年來，人類一直在通過動物繁殖來修改有體毛、羽毛的動物DNA，從而產生最理想的特徵。現在有了CRISPR，人們不再需要等待幾代才能做出顯著的基因改變。

今年，研究人員迎來了一批特殊的動物，其中有防大流行的豬，它們的細胞在編輯中，被去掉了各種容易被呼吸道病毒感染的分子；還有不容易感染禽類疾病的雞等。

4月，在加州大學戴維斯分校科學家們的努力下，一隻名叫Cosmo的小黑牛出生了。

科學家將一個名爲SRY的基因敲入了牛皮膚細胞中，僅靠它的單獨作用，就可以使雌性變成雄性——這樣的雄性牛將有着更強壯的肌肉，以及陰莖和睾丸（儘管不能製造精子）。

也就是說，Cosmo未來後代中有75%是雄性，而不是天然的50%。這是全世界第一頭被CRISPR基因編輯過的牛，這也證明了未來，全雄性牛羣可能成爲現實。

因爲雌性肉牛將飼料轉化爲蛋白質的效率較低，所以從理論上講，這種方法可能意味着土地上的動物數量減少，這對牧場主和環境都是一種雙贏。

被改變了基因組的Cosmo小黑牛

多年來，自從美國食品和藥物管理局於2017年決定規範CRISPR和其他動物藥物以來，關於農業、動物的基因編輯的未來一直不確定。

但是，12月21日，美國農業部對農作物的類似變化進行了監管，該機構也將負責監督食物和動物的基因編輯。

如果成功的話，此舉將使育種者更容易將CRISPR基因編輯的牛、雞、豬和羊帶到美國市場。

基因編輯治療癌症、遺傳性疾病

CRISPR賦予了人類一把“基因魔剪”，可以精準容易地編輯任何基因。除了癌症以外，這一基因編輯技術有望提供一系列遺傳性疾病，例如逆轉失明和聾啞症狀的新方法。

據美國國家公共廣播電臺(NPR)報道，在臨牀試驗中接受CTX001治療的首例美國患者是34歲的維多利亞·格雷(Victoria Gray)，她來自美國密西西比州，患有鐮狀細胞病(SCD)。

這個病影響着全世界數百萬人，遺傳缺陷導致骨髓產生缺陷蛋白質，使血細胞呈鐮狀，堅硬和粘稠。

變形的細胞卡在血管內，不能正常攜帶氧氣，導致許多衰弱症狀，並且通常最終導致生命縮短的併發症。

CRISPR首次治療鐮狀細胞病

“當你不能走路或舉起勺子喂自己時，一切都變得太可怕了”，格雷說。

早些時候，醫生將超過20億個編輯好的細胞注入格雷體內。15個月後，格雷沒有任何意外的症狀，這表示，在某種程度上講，她可以過上跟正常人一樣的生活了。

2020年12月，一個由CRISPR治療公司和Vertex製藥公司共同開發的治療方法開始進入了使用階段。該試驗目前正在治療患有β地中海貧血相關疾病的患者。

在兩組患者中，這種治療似乎都是安全的，到目前爲止，它減少了定期輸血的需要，是否能成功治癒還需要更多數據，但目前已經是個好消息了。

疾病探測器進入市場

在過去的幾年中，由CRISPR專利競爭對手UC Berkeley和Broad Institute分離出來的初創公司一直在爲了開發商業診斷程序而奔波。

這個想法是利用CRISPR的可編程基因搜索功能，從病毒，細菌或真菌中拾取在病人體液中循環的少量外來遺傳物質，並通過看起來像妊娠試驗的方法來提供檢測結果。

這樣的好處是價格便宜、操作簡單，可以大範圍進入人們的日常生活。

基於CRISPR的技術可以檢測病毒DNA

疫情加快了人們對這類檢測的需求。

今年夏天，FDA批准了兩項基於CRISPR的測試，均用於檢測COVID-19。波士頓的生物科學公司Sherlock Biosciences於5月獲得了測試的批准，緊隨其後的是生物科學公司Mammoth Biosciences。

這標誌着FDA首次允許將基CRISPR的診斷工具用於患者。這些測試仍需要在實驗室中進行分析，但是它們比檢測COVID-19的標準方法（稱爲PCR）要快，通常需要4至8個小時來運行。

基因組編輯有望治療線粒體遺傳病

線粒體是細胞的“能量工廠”，線粒體內有一套獨立於細胞核的遺傳物質——線粒體DNA，人類mtDNA的長度爲16569bp，擁有37個基因，編碼13種蛋白，這些蛋白都參與細胞的能量代謝。

mtDNA突變會帶來母系遺傳Leigh綜合徵、線粒體肌病、Leber遺傳性視神經病、共濟失調舞蹈病、骨骼肌溶解症等幾十種遺傳疾病。據統計5000個成人中就至少有1個患線粒體遺傳病。

然而， 似乎無所不能的CRISPR基因編輯，面對線粒體遺傳病卻顯得束手無策，主要原因是線粒體基因組相對較小，缺少足夠的可編輯位點；

此外，目前並無有效方法將外源RNA高效導入線粒體內。

基因編輯也許對線粒體遺傳病有效

但是今年夏天，西雅圖和波士頓的科學家發表了一項研究，表明他們發現了一種利用生物膜形成細菌中發現的奇怪酶來精確改變線粒體DNA的方法。

這項工作在廣泛的研究機構和哈佛大學的進化黑客實驗室推出了一系列突破性的DNA改變工具，是基因編輯領域的又一大突破。

2020諾貝爾獎化學獎頒給了CRISPR

10月，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna憑藉CRISPR基因組編輯獲得了2020年諾貝爾化學獎。

CRISPR自2012年問世以來，徹底改變了生物學研究領域。此後，科學家已經使用該工具進行了300,000多個研究，包括蚊子、西紅柿、獵狗，甚至人類。

它便宜，快速且易於使用，如今，科學家們可以方便使用CRISPR組件。

2020諾貝爾化學獎

歷史上獲得諾貝爾獎的女性不多，對此，Doudna表示：許多婦女認爲，無論她們做什麼，她們的工作都不會像男人一樣得到認可。

但其實並不是，這次的諾貝爾化學獎強有力地表明，婦女可以做科學，婦女可以做化學，偉大的科學可以得到認可和尊重。

CRISPR技術自問世以來，就有着其它基因編輯技術無可比擬的優勢，技術不斷改進後，更被認爲能夠在活細胞中最有效、最便捷地“編輯”任何基因 ，在醫療、生物科學、農業等方面都有很大作用。

但反過來講，任何一項技術都是雙刃劍。2018年，賀建奎“基因編輯”了一對雙胞胎嬰兒，引起社會譁然。

顯然，“設計嬰兒”已經不存在無法克服的技術障礙，但是我們是否要在人類身上使用基因編輯工具，以消除遺傳疾病或增強人類？這是一個道德問題，也是一個政策問題。

基因編輯嬰兒

當汽車、飛機剛開始出現時，總會有人擔心馬車該何去何從？當機械自動化出現時，又有人擔心機器會不會搶走我們的工作？

但是技術一旦開始加速前進，就必然會失控，人類無法阻止技術繼續發展，更別想重回田園牧歌時代，凱文·凱利早就在《失控》中爲我們預測了未來，技術帶來的問題只有靠不斷發展新的技術才能解決。

放在我們面前的挑戰是：如何更好地利用基因編輯技術爲人類造福，如何給這項技術設置邊界。

參考資料：

https://www.wired.com/story/2020-was-a-breakout-year-for-crispr/

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/

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編譯 | 歡歡

版面 | 小顧&曉娜