CRISPR以其簡便和用途廣泛為人稱道，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)帶來革命的“剪刀”，被業(yè)余生物愛好者拿在手里會發(fā)生什么事情？

　　雖然約翰·蘇沙（JohanSosa）完全沒有接受過正規(guī)的科研訓(xùn)練，但這并沒有妨礙他掌握數(shù)十年來最強有力的分子生物學(xué)工具。

　　蘇沙已經(jīng)在體外實驗中應(yīng)用過CRISPR技術(shù)，這項技術(shù)問世已有三年，它能對DNA進(jìn)行靶向性修飾。接下來，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)余生物愛好者準(zhǔn)備就緒，嘗試用CRISPR技術(shù)改寫基因。“生物黑客”整裝待發(fā)？

　　生物愛好者在家中DIY

　　CRISPR是“成簇的規(guī)律性間隔的短回文重復(fù)序列”的縮寫。它是細(xì)菌的“武器”，能“搗碎”入侵細(xì)菌的病毒的DNA。科學(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(tǒng)采用一個通用酶——Cas9來執(zhí)行剪切。研究人員需要做的一切，就是制造一個gRNA（向?qū)NA）來引導(dǎo)Cas9，而合成一條RNA，遠(yuǎn)比合成一個酶更容易。

　　CRISPR以其簡便和用途廣泛為人稱道，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(yīng)用CRISPR編輯了從細(xì)菌到人類胚胎在內(nèi)的各種有機(jī)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，以前所未見的方式治療癌癥，或者在豬體內(nèi)培育人類器官。有位研究人員甚至提議修改大象基因組，來復(fù)活滅絕已久的耐寒長毛猛犸象。

　　這些成就，是那些自己動手（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”是一個逐漸壯大起來的業(yè)余科學(xué)家團(tuán)體，常常在社區(qū)實驗室工作，這類實驗室通常要收取租金才允許使用儀器與設(shè)備。在創(chuàng)新精神驅(qū)使下，這些業(yè)余愛好者們改造酵母以調(diào)整啤酒的風(fēng)味，用細(xì)菌制造藝術(shù)品，或者探究嚴(yán)肅的基礎(chǔ)研究問題，他們迫不及待地想要嘗試CRISPR技術(shù)。

　　“它是有史以來最神奇的工具，”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。”

　　做大實驗室里的事

　　蘇沙是加利福尼亞州圣荷西的一位IT咨詢?nèi)?。三年前，?dāng)他決定要在實驗室中培養(yǎng)器官或者其他身體組織時，他就投入了生物黑客這一愛好。起初，他不知道這個目標(biāo)有多么脫離實際，“我以為只需拿一堆干細(xì)胞，再往里頭加點東西，”他說。

　　當(dāng)他開始閱讀分子生物學(xué)教科書，參與講座并自學(xué)實驗室技術(shù)時，操作活細(xì)胞的挑戰(zhàn)也就不成問題了。他參加了加州桑尼維爾的“生物好奇心”社區(qū)實驗室。

　　蘇沙還沒想好掌握了CRISPR技術(shù)后用它做些什么。也許會加入“生物好奇心”的一個團(tuán)隊，改造酵母用來合成酪蛋白（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來研究蛋白質(zhì)在不同酵母中的化學(xué)修飾。“現(xiàn)在我們也有能力做那些大實驗室中每天都在做的事了，”他說，“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(yīng)用有清晰的計劃。他和他的同事打算把日本市場上經(jīng)過基因改造的藍(lán)色康乃馨“去工程化”，剔出其中把花朵變成藍(lán)色的插入基因，從而使之恢復(fù)“自然的”白色狀態(tài)。他們希望公眾能衡量一下，該不該區(qū)別對待這些經(jīng)過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，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(xì)胞培養(yǎng)。另一項挑戰(zhàn)是獲得這項工作的展覽許可：盡管藍(lán)色康乃馨已獲準(zhǔn)在日本出售，去工程化的白色康乃馨在走出實驗室之前，可能還需要監(jiān)管部門的許可。

　　過度擔(dān)憂？

　　除了創(chuàng)造性潛力，CRISPR也為惡意行為提供了可能。過去數(shù)年間，美國聯(lián)邦調(diào)查局的生物恐怖主義保護(hù)小組煞費苦心地與生物黑客社團(tuán)搞好關(guān)系，并常規(guī)性地提醒其成員注意可疑的活動。威爾遜中心（WilsonCenter，華盛頓特區(qū)的一個智囊團(tuán)）研究科學(xué)政策的托德·奎肯（ToddKuiken）表示，這些擔(dān)憂也許是多此一舉。他說，大多數(shù)生物黑客是出于善意，例如制造五顏六色的細(xì)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。酶和抗體之類的試劑價格昂貴，分子生物學(xué)實驗耗費時間，而專業(yè)科學(xué)家能用的設(shè)備往往是個人或社區(qū)實驗室所無法企及的。大多數(shù)社區(qū)實驗室堅持要求其成員操作的有機(jī)體只需最低級別的生物安全防護(hù)措施，這樣就排除了人體細(xì)胞和大多數(shù)病原體。在歐洲某些地區(qū)，遺傳工程在專業(yè)場合之外是非法的。

　　凱尼·甘達(dá)爾（KeoniGandall）表示，鑒于DIY實驗室的限制，很多業(yè)余愛好者只有在需要極其精確地修改基因組時才會使用CRISPR。甘達(dá)爾是加州亨廷頓海灘一名16歲的生物黑客，也是科學(xué)會展的冠軍得主，三年來他一直在家中操作聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)儀和離心機(jī)。目前，甘達(dá)爾只有在當(dāng)?shù)匾凰髮W(xué)實驗室做志愿者時才應(yīng)用CRISPR技術(shù)。“CRISPR相當(dāng)不錯”，他說。

　　對CRISPR最大的擔(dān)憂之一是，通過這種技術(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·賴特（DanWright）認(rèn)為，這種情形仍舊是大多數(shù)業(yè)余人士力所未及的。構(gòu)建這樣的系統(tǒng)，超出了他和同行們正在琢磨的相對簡易的操作。

　　“這難度太高了，”賴特說，“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基因就算得上是個難題了。”

　　專家聲音

　　慎重思考該怎樣應(yīng)用這種技術(shù)

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

　　然而，一些科學(xué)家仍舊擔(dān)憂，該領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)沒給我們足夠時間去探討這類實驗可能引起的倫理問題和安全隱患。

　　“在實驗室，獲取這種能力相當(dāng)容易——你無需十分昂貴的設(shè)備，人員也無需經(jīng)過多年訓(xùn)練，”加州斯坦福大學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)家斯坦利·奇（StanleyQi）說，“我們應(yīng)該慎重思考該怎樣應(yīng)用這種能力。”

　　必須理解這項技術(shù)能做什么

　　在傳統(tǒng)的生物學(xué)研究中，研究者十分依賴小鼠或果蠅之類的模式生物，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(xiàn)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，其中包括名為錐蟲的致病寄生蟲和能夠合成生物燃料的酵母。杜德娜預(yù)測，她的CRISPR改造物種清單會繼續(xù)增長。

　　然而，杜德娜對其安全性具有更深的憂慮。她的擔(dān)憂始自2014年的一場會議，會上她看到一位博士后的工作匯報：改造一種病毒，將CRISPR組分?jǐn)y帶進(jìn)入小鼠體內(nèi)。小鼠經(jīng)呼吸攝入病毒，從而允許CRISPR系統(tǒng)制造突變并建立人類肺癌模型。杜德娜打了個寒顫——在引導(dǎo)RNA設(shè)計中哪怕有一點差池，同樣的事就會在人類的肺部發(fā)生。“想想你也許有個學(xué)生會做那樣的研究，真讓人膽戰(zhàn)心驚，”她說，“關(guān)鍵是，人們得理解這項技術(shù)能做什么。”

　　CRISPR簡史

　　1987年12月，研究者發(fā)現(xiàn)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(xiàn)CRISPR普遍存在。

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

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

　　2013年1月，CRISPR被用于小鼠和人類細(xì)胞，促進(jìn)了該技術(shù)的迅速應(yīng)用。

　　2013年3月，加州大學(xué)及其他機(jī)構(gòu)為其發(fā)現(xiàn)申請了專利。

　　2014年4月，麻省理工學(xué)院以及布羅德研究所通過了CRISPR基因編輯的專利，點燃了激烈的專利大戰(zhàn)。

　　2015年3月，第一項CRISPR基因驅(qū)動發(fā)布，可以在一個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對人類胚胎的基因編輯，導(dǎo)致倫理辯論。