改写生命密码：基因编辑技术的未来

基因被称为生命密码，因为生物的外在特征大多是由基因决定的。曾经，人们认为改变生命密码的方法只有繁殖和进化两种。随着越来越多生物基因图谱的完成，科学家似乎成了新时代的物种工匠，可以按照规则改变许多生物的基因，其中最重要的方法就是俗称“基因剪刀”的基因编辑技术。法国生物学家埃玛纽埃勒•沙尔庞捷和美国生物学家珍妮弗•道德纳发现了一种特别好用的“基因剪刀”，她们因此获得了2020年诺贝尔化学奖。

科学家常把基因组比作一本生命天书，而且是可以修改的生命天书。修改基因组的过程也因此被称为基因编辑，编辑步骤主要包括对某段基因进行剪切、删除、移动、粘贴等，其中最重要的步骤是剪切。因此，基因编辑技术又常常被称为“基因剪刀”。

科学家对基因的认识越来越深入（图片来源视觉中国）

基因编辑是继转基因之后人类找到的又一种基因工程技术，它在本质上与转基因并无不同，都是在改写生命密码，从而在分子水平上改变生物的遗传特性。在合成生物、育种技术等领域，两者可以取长补短。而在医学领域，基因编辑则更胜一筹。因对某个物种进行基因编辑时不涉及其他物种的基因，故基因编辑更容易被人们接受。

生物学家和医学家越来越善于运用“基因剪刀”（图片来源视觉中国）

从20世纪90年代以来，科学家开发出多种“基因剪刀”。沙尔庞捷和道德纳在9年前发现的“成簇的规律间隔短回文重复序列”(CRISPR-Cas)也是一种“基因剪刀”，如今已广泛应用于基因研究领域。之所以说她们“发现”而非“发明”了一种“基因剪刀”，是因为这种“基因剪刀”是个超级“老古董”，早已存在于自然界中，已经被细菌熟练地运用了数亿年。她们在进一步的研究中简化了“基因剪刀”的分子组成，让生物学家用起来更加趁手。如果善加利用，这把“基因剪刀”可以切割任何生物的基因。利用这把“基因剪刀”，生物学家可以更加便捷地改写生命密码。

“基因剪刀”可用于培育优质农作物（图片来源视觉中国）

现在，CRISPR-Cas技术为科学研究和实际应用带来了更多便利。CRISPR技术已经制造出了第一种无法变褐的蘑菇，第一批由DNA增强型细胞产生的拥有强壮肌肉的狗，还有一系列正待走向市场的优质农作物。有人甚至利用CRISPR技术培育了可以抵抗疟疾和寨卡病毒的蚊子。

科学家利用CRISPR技术使蘑菇变成褐色的基因失效。由于只有雌蚊叮人，一些科学家改写了蚊子的基因组，让它们更多地产生雄蚊。还有科学家编辑了蚊子的DNA，使它们可以抵御疟疾。高温加热时，马铃薯会释放出一种致癌物质，科学家重新编辑了相关基因，使马铃薯在烹饪时不会危及人体健康。大豆是易于种植的作物，但是它会产生大量不健康的反式脂肪，科学家因此编辑了大豆的基因组，使它可以产生像橄榄油一样营养丰富的油脂。用最低的成本生产出最多的肉，这个畜牧业与生俱来的目标，现在已经可以通过精确编辑哺乳动物肌肉细胞生长的基因变异，让它们长出大量瘦肉来实现。

科学家通过CRISPR技术创造出了超级肌肉狗、肌肉牛和肌肉猪。这种肌肉强壮的大块头家畜会是CRISPR技术创造体坛明星的前奏吗？当然，任何基因工程技术都有令人担忧的风险，比如创造了健康的婴孩、有强健肌肉的警犬、农场里的无角牛，就会涉及伦理和动物福利问题；而在提高植物的抗旱性、耐盐性或生长速度的同时，植物将会开始蔓延，成为入侵杂草，带来各种各样的生态问题，包括本地物种灭绝。

CRISPR-Cas究竟是什么

CRISPR的意思是“成簇的规律间隔短回文重复序列”。这似乎念起来十分拗口，意思也令人迷惑。没关系！我们只要知道它是细菌防御病毒侵入的免疫系统即可。当细菌遭遇病毒入侵后，CRISPR可以产生Cas质粒，并以之作为剪刀，将外来病 毒DNA中的某些基因片段剪掉，病毒因此被杀灭。

Cas质粒是细菌细胞内一种自我复制的环状双链DNA分子，能稳定地独立存在于染色体外。现在常用的Cas质粒大多数是经过改造或人工构建的，是修改基因的重要工具。