CRISPR以其簡(jiǎn)便和用途廣泛為人稱(chēng)道，采用它科學(xué)家能更輕松地對基因序列進(jìn)行特定的修改。然而，這把為基因編輯技術(shù)帶來(lái)革命的“剪刀”，被業(yè)余生物愛(ài)好者拿在手里會(huì )發(fā)生什么事情？

　　雖然約翰·蘇沙（JohanSosa）完全沒(méi)有接受過(guò)正規的科研訓練，但這并沒(méi)有妨礙他掌握數十年來(lái)最強有力的分子生物學(xué)工具。

　　蘇沙已經(jīng)在體外實(shí)驗中應用過(guò)CRISPR技術(shù)，這項技術(shù)問(wèn)世已有三年，它能對DNA進(jìn)行靶向性修飾。接下來(lái)，他希望能在酵母中嘗試這一方法，隨后則在模式植物擬南芥中使用。

　　業(yè)余生物愛(ài)好者準備就緒，嘗試用CRISPR技術(shù)改寫(xiě)基因。“生物黑客”整裝待發(fā)？

　　生物愛(ài)好者在家中DIY

　　CRISPR是“成簇的規律性間隔的短回文重復序列”的縮寫(xiě)。它是細菌的“武器”，能“搗碎”入侵細菌的病毒的DNA?？茖W(xué)家可以利用這套工具，改變他們想要修飾的DNA序列。

　　和從前的基因組編輯方法不同，CRISPR系統采用一個(gè)通用酶——Cas9來(lái)執行剪切。研究人員需要做的一切，就是制造一個(gè)gRNA（向導RNA）來(lái)引導Cas9，而合成一條RNA，遠比合成一個(gè)酶更容易。

　　CRISPR以其簡(jiǎn)便和用途廣泛為人稱(chēng)道，有了它，科學(xué)家能比以往更輕松地對基因序列進(jìn)行特定的修改。研究學(xué)者已經(jīng)應用CRISPR編輯了從細菌到人類(lèi)胚胎在內的各種有機體。這項技術(shù)有望為遭受遺傳病折磨的家族譜系消除遺傳缺陷，以前所未見(jiàn)的方式治療癌癥，或者在豬體內培育人類(lèi)器官。有位研究人員甚至提議修改大象基因組，來(lái)復活滅絕已久的耐寒長(cháng)毛猛犸象。

　　這些成就，是那些自己動(dòng)手（DIY）的“生物黑客”所力不能及的，然而CRISPR技術(shù)本身卻不是這樣。“生物黑客”是一個(gè)逐漸壯大起來(lái)的業(yè)余科學(xué)家團體，常常在社區實(shí)驗室工作，這類(lèi)實(shí)驗室通常要收取租金才允許使用儀器與設備。在創(chuàng )新精神驅使下，這些業(yè)余愛(ài)好者們改造酵母以調整啤酒的風(fēng)味，用細菌制造藝術(shù)品，或者探究嚴肅的基礎研究問(wèn)題，他們迫不及待地想要嘗試CRISPR技術(shù)。

　　“它是有史以來(lái)最神奇的工具，”安德列亞斯·斯特姆（AndreasStürmer）是都柏林的一位生物黑客和企業(yè)家，“你在自己家里就能操作它。”

　　做大實(shí)驗室里的事

　　蘇沙是加利福尼亞州圣荷西的一位IT咨詢(xún)人。三年前，當他決定要在實(shí)驗室中培養器官或者其他身體組織時(shí)，他就投入了生物黑客這一愛(ài)好。起初，他不知道這個(gè)目標有多么脫離實(shí)際，“我以為只需拿一堆干細胞，再往里頭加點(diǎn)東西，”他說(shuō)。

　　當他開(kāi)始閱讀分子生物學(xué)教科書(shū)，參與講座并自學(xué)實(shí)驗室技術(shù)時(shí)，操作活細胞的挑戰也就不成問(wèn)題了。他參加了加州桑尼維爾的“生物好奇心”社區實(shí)驗室。

　　蘇沙還沒(méi)想好掌握了CRISPR技術(shù)后用它做些什么。也許會(huì )加入“生物好奇心”的一個(gè)團隊，改造酵母用來(lái)合成酪蛋白（牛奶中的一種蛋白質(zhì)），并逐步制造出素食奶酪。這可能需要用CRISPR來(lái)研究蛋白質(zhì)在不同酵母中的化學(xué)修飾。“現在我們也有能力做那些大實(shí)驗室中每天都在做的事了，”他說(shuō)，“這真讓人興奮。”

　　藝術(shù)家的新喜好

　　藝術(shù)家喬治·特雷梅爾（GeorgTremmel）是東京大學(xué)的一位生物信息可視化研究員，他對于CRISPR的應用有清晰的計劃。他和他的同事打算把日本市場(chǎng)上經(jīng)過(guò)基因改造的藍色康乃馨“去工程化”，剔出其中把花朵變成藍色的插入基因，從而使之恢復“自然的”白色狀態(tài)。他們希望公眾能衡量一下，該不該區別對待這些經(jīng)過(guò)雙重改造的康乃馨與那些未經(jīng)改造的康乃馨，本質(zhì)上它們具有相同基因組。

　　特雷梅爾說(shuō)，目前該計劃中難度最高的不是使用CRISPR，而是對康乃馨進(jìn)行細胞培養。另一項挑戰是獲得這項工作的展覽許可：盡管藍色康乃馨已獲準在日本出售，去工程化的白色康乃馨在走出實(shí)驗室之前，可能還需要監管部門(mén)的許可。

　　過(guò)度擔憂(yōu)？

　　除了創(chuàng )造性潛力，CRISPR也為惡意行為提供了可能。過(guò)去數年間，美國聯(lián)邦調查局的生物恐怖主義保護小組煞費苦心地與生物黑客社團搞好關(guān)系，并常規性地提醒其成員注意可疑的活動(dòng)。威爾遜中心（WilsonCenter，華盛頓特區的一個(gè)智囊團）研究科學(xué)政策的托德·奎肯（ToddKuiken）表示，這些擔憂(yōu)也許是多此一舉。他說(shuō)，大多數生物黑客是出于善意，例如制造五顏六色的細菌或者釀造獨特的啤酒。

　　奎肯補充道，也有些人高估了一般DIY生物學(xué)家的能力。酶和抗體之類(lèi)的試劑價(jià)格昂貴，分子生物學(xué)實(shí)驗耗費時(shí)間，而專(zhuān)業(yè)科學(xué)家能用的設備往往是個(gè)人或社區實(shí)驗室所無(wú)法企及的。大多數社區實(shí)驗室堅持要求其成員操作的有機體只需最低級別的生物安全防護措施，這樣就排除了人體細胞和大多數病原體。在歐洲某些地區，遺傳工程在專(zhuān)業(yè)場(chǎng)合之外是非法的。

　　凱尼·甘達爾（KeoniGandall）表示，鑒于DIY實(shí)驗室的限制，很多業(yè)余愛(ài)好者只有在需要極其精確地修改基因組時(shí)才會(huì )使用CRISPR。甘達爾是加州亨廷頓海灘一名16歲的生物黑客，也是科學(xué)會(huì )展的冠軍得主，三年來(lái)他一直在家中操作聚合酶鏈式反應儀和離心機。目前，甘達爾只有在當地一所大學(xué)實(shí)驗室做志愿者時(shí)才應用CRISPR技術(shù)。“CRISPR相當不錯”，他說(shuō)。

　　對CRISPR最大的擔憂(yōu)之一是，通過(guò)這種技術(shù)，可以制造出能在生物群落中以超乎自然的速度傳播的基因突變。然而環(huán)境律師兼DIY生物黑客丹·賴(lài)特（DanWright）認為，這種情形仍舊是大多數業(yè)余人士力所未及的。構建這樣的系統，超出了他和同行們正在琢磨的相對簡(jiǎn)易的操作。

　　“這難度太高了，”賴(lài)特說(shuō)，“目前為止，對于生物黑客而言，單單是在一棵植物中敲除一個(gè)基因就算得上是個(gè)難題了。”

　　專(zhuān)家聲音

　　慎重思考該怎樣應用這種技術(shù)

　　CRISPR正在引領(lǐng)生物醫學(xué)研究的巨變——這一觀(guān)點(diǎn)獲得了廣泛認同。與其他基因編輯技術(shù)不同，CRISPR廉價(jià)、迅速且便于操作，因此它迅速席卷了全世界的實(shí)驗室。研究者們希望用它來(lái)改造人類(lèi)基因并剔除疾病，培育更強壯的植物，消滅病原體，以及實(shí)現更多其他目的。

　　然而，一些科學(xué)家仍舊擔憂(yōu)，該領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)沒(méi)給我們足夠時(shí)間去探討這類(lèi)實(shí)驗可能引起的倫理問(wèn)題和安全隱患。

　　“在實(shí)驗室，獲取這種能力相當容易——你無(wú)需十分昂貴的設備，人員也無(wú)需經(jīng)過(guò)多年訓練，”加州斯坦福大學(xué)的系統生物學(xué)家斯坦利·奇（StanleyQi）說(shuō)，“我們應該慎重思考該怎樣應用這種能力。”

　　必須理解這項技術(shù)能做什么

　　在傳統的生物學(xué)研究中，研究者十分依賴(lài)小鼠或果蠅之類(lèi)的模式生物，部分原因是只有這些物種已經(jīng)配備了一套完善的遺傳改造工具。而現在CRISPR使得編輯更多物種的基因成為可能。

　　加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的CRISPR先鋒珍妮弗·杜德娜（JenniferDoudna）收藏了一份CRISPR改造物種的清單。目前為止，她已經(jīng)登記了三十多種生物，其中包括名為錐蟲(chóng)的致病寄生蟲(chóng)和能夠合成生物燃料的酵母。杜德娜預測，她的CRISPR改造物種清單會(huì )繼續增長(cháng)。

　　然而，杜德娜對其安全性具有更深的憂(yōu)慮。她的擔憂(yōu)始自2014年的一場(chǎng)會(huì )議，會(huì )上她看到一位博士后的工作匯報：改造一種病毒，將CRISPR組分攜帶進(jìn)入小鼠體內。小鼠經(jīng)呼吸攝入病毒，從而允許CRISPR系統制造突變并建立人類(lèi)肺癌模型。杜德娜打了個(gè)寒顫——在引導RNA設計中哪怕有一點(diǎn)差池，同樣的事就會(huì )在人類(lèi)的肺部發(fā)生。“想想你也許有個(gè)學(xué)生會(huì )做那樣的研究，真讓人膽戰心驚，”她說(shuō)，“關(guān)鍵是，人們得理解這項技術(shù)能做什么。”

　　CRISPR簡(jiǎn)史

　　1987年12月，研究者發(fā)現大腸桿菌中的CRISPR序列，但并未鑒定其功能。

　　1995年7月，研究者在其他微生物中發(fā)現CRISPR普遍存在。

　　2007年3月，丹尼克斯食品公司的科學(xué)家證實(shí)該重復序列屬于細菌防御病毒的系統。

　　2012年6月，研究者利用CRISPR靶向特定的DNA序列，證實(shí)其基因編輯的潛力。

　　2013年1月，CRISPR被用于小鼠和人類(lèi)細胞，促進(jìn)了該技術(shù)的迅速應用。

　　2013年3月，加州大學(xué)及其他機構為其發(fā)現申請了專(zhuān)利。

　　2014年4月，麻省理工學(xué)院以及布羅德研究所通過(guò)了CRISPR基因編輯的專(zhuān)利，點(diǎn)燃了激烈的專(zhuān)利大戰。

　　2015年3月，第一項CRISPR基因驅動(dòng)發(fā)布，可以在一個(gè)種群中迅速傳播被編輯的基因。

　　2015年4月，研究者報道了利用CRISPR對人類(lèi)胚胎的基因編輯，導致倫理辯論。