近日，《自然》雜志盤(pán)點(diǎn)了2015年度的十大科學(xué)事件，其中基因編輯研究入選，就在今年4月份，來(lái)自中國的科學(xué)家報告稱(chēng)，他們可以成功利用此項技術(shù)對不能存活的人類(lèi)胚胎進(jìn)行編輯，這項研究一時(shí)間激起了全球眾多研究人員和生物倫理學(xué)家的言論，他們在各種評論和會(huì )議中關(guān)于該技術(shù)是否應該用于人類(lèi)胚胎甚至是基礎研究的爭論；而這場(chǎng)爭辯在12月初于美國華盛頓舉行的人類(lèi)基因編輯國際峰會(huì )上達到高潮。此次會(huì )議匯集了來(lái)自20多個(gè)國家的近500名倫理學(xué)家、科學(xué)家和法律專(zhuān)家。主辦方以一份聲明結束了此次會(huì )議：這些工具尚未作好被用于編輯人類(lèi)胚胎基因組的準備，但聲明并未呼吁直接禁止相關(guān)基礎研究。
如今，在21世紀隨著(zhù)生物技術(shù)的變革和進(jìn)展，科學(xué)家們?yōu)閷?shí)現基因編輯，不斷創(chuàng )新開(kāi)發(fā)，如今已經(jīng)基因編輯產(chǎn)生了三代新技術(shù)，分別是ZFN，TALENs和CRISPR/Cas9。
在2015年里，基因編輯領(lǐng)域又有哪些突破性研究進(jìn)展呢？請跟隨小編一起來(lái)看看！
【1】基因編輯治愈小鼠肌肉萎縮癥
研究人員首次成功使用基因編輯技術(shù)逆轉小鼠的退行性疾病，這一技術(shù)有助于未來(lái)治療人體的類(lèi)似疾病。
2015年12月31日發(fā)表在美國《科學(xué)》周刊上的三篇研究論文稱(chēng)，研究人員使用CRISPR（成簇的規律間隔的短回文重復序列）技術(shù)，治療患有假性肥大型肌肉萎縮癥的成年小鼠。目前，全世界每5000名男嬰中就有1人罹患這種疾病。
研究人員說(shuō)：“這是CRISPR技術(shù)首次成功治療成年哺乳動(dòng)物體內的基因疾病，這一技術(shù)有望轉化為人類(lèi)疾病的治療手段。”
【2】Cell：CRISPR技術(shù)在癌癥領(lǐng)域大放異彩
科學(xué)家們繪制出了讓我們細胞存活的基因的圖譜，為了解我們基因組的運作機制以及哪些基因對像癌癥這樣的疾病至關(guān)重要建立了一個(gè)期盼已久的立足點(diǎn)。
由多倫多大學(xué)Donnelly中心JasonMoffat教授領(lǐng)導的一個(gè)研究小組，在藥學(xué)系StephaneAngers的幫助下，逐個(gè)關(guān)閉了近1.8萬(wàn)個(gè)基因（整個(gè)人類(lèi)基因組的90%）來(lái)尋找對細胞生存至關(guān)重要的基因。
發(fā)表在11月25日《細胞》（Cell）雜志上的數據，揭示出了由1，500多個(gè)必需基因構成的“核心”基因組群。這為實(shí)現生物研究的長(cháng)期目標：確切描繪出基因組中每個(gè)基因的功能奠定了基礎。
通過(guò)在5種不同的癌細胞系，包括腦癌、視網(wǎng)膜癌、卵巢癌和2種大腸癌細胞中關(guān)閉一些基因，研究小組發(fā)現每種腫瘤都依賴(lài)于一組獨特的基因，可以用一些特異性
藥物來(lái)靶向它們。這一研究發(fā)現為設計出只靶向癌細胞，而不損傷周?chē)】到M織的新療法帶來(lái)了希望。
【3】張鋒Science重大突破：攻克CRISPR-Cas9基因組編輯的主要障礙
來(lái)自麻省理工學(xué)院-哈佛醫學(xué)院Broad研究所和麻省理工學(xué)院McGovern腦研究所的研究人員，設計改造了革命性的CRISPR-Cas9基因編輯系統，大大減少了“脫靶”編輯錯誤。這一完善的技術(shù)解決了使用基因組編輯時(shí)面對的一個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題。
CRISPR-Cas9系統是通過(guò)對細胞的DNA進(jìn)行精確地靶向修飾來(lái)發(fā)揮作用。借助于與靶位點(diǎn)序列相匹配的一段短RNA分子，Cas9蛋白可改變指定位點(diǎn)的DNA。盡管Cas9能夠高度有效地切割它的靶位點(diǎn)，這一系統有一個(gè)主要的缺點(diǎn)：就是一旦進(jìn)入到細胞中，它可以結合并切割額外的非目標位點(diǎn)。這有可能會(huì )造成意外的編輯，完全改變基因表達或是敲除掉某一基因，導致癌癥形成或其他的問(wèn)題出現。
在發(fā)表于《科學(xué)》(science)雜志上的一篇新研究論文中，張鋒（FengZhang）和同事們報告稱(chēng)，在構成化膿性鏈球菌Cas9酶的約1，400個(gè)氨基酸中，他們通過(guò)改變3個(gè)氨基酸將“脫靶編輯”顯著(zhù)減少至無(wú)法檢測到的水平。
【4】2015年技術(shù)明星：CRISPR技術(shù)
2007年，酸奶公司為了提高酸奶產(chǎn)量發(fā)現了一個(gè)意想不到細菌
抗病毒防御機制，成了不同菌株的測序后，發(fā)現了CRISPR可能與噬菌體感染，以及隨后的免疫防御有關(guān)。2012年，這種技術(shù)被發(fā)展成為一種基因編輯技術(shù)，2013年，這種技術(shù)開(kāi)始被大量采用?，F在這種技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)奇跡，有望不久就可以問(wèn)鼎諾貝爾獎。
CRISPR技術(shù)分別在2012年和2013年被評為年度科技突破，當時(shí)都是和其他基因編輯技術(shù)一起獲得這一榮譽(yù)，2015年有望被再次評選為年度突破，而且是獨立獲得。主要是因為這一技術(shù)2015年再次發(fā)生一些吸引人的故事，其中一個(gè)就是利用這個(gè)技術(shù)制造出一種可以傳染的基因，科學(xué)家利用這種可傳染基因作為對付瘧疾感染，理論上是可行，技術(shù)上也已經(jīng)實(shí)現。另外一個(gè)就是采用這個(gè)技術(shù)進(jìn)行了人類(lèi)胚胎細胞的基因編輯。這些技術(shù)不僅是學(xué)術(shù)上的重要事件，也讓普通大眾倍加關(guān)注，甚至對科技政策和倫理都會(huì )產(chǎn)生挑戰，最近召開(kāi)的DNA峰會(huì )上這已經(jīng)成為重要的討論話(huà)題。
CRISPR為什么那么牛，基因編輯的前輩鋅指核酸酶和TALENs也能精確地編輯DNA序列，許多公司也已經(jīng)利用這些技術(shù)開(kāi)發(fā)出治療方法，甚至開(kāi)展了臨床試驗。但是后來(lái)者CRISPR技術(shù)更容易更經(jīng)濟，任何普通的分子生物學(xué)實(shí)驗室都可以實(shí)現這種技術(shù)。
非營(yíng)利組織Addgene已經(jīng)分發(fā)5萬(wàn)個(gè)包含CRISPR兩個(gè)組件Cas9和特定基因序列識別序列的質(zhì)粒，意味著(zhù)這一技術(shù)達到PCR一樣可以隨時(shí)對5萬(wàn)個(gè)目的基因進(jìn)行修改。
【5】Cell子刊：用小分子化合物提高CRISPR效率
能夠精確地編輯細胞的基因組，CRISPR技術(shù)成為了近年來(lái)最令人興奮的科學(xué)進(jìn)展之一。然而，盡管這一方法具有驚人的潛力，其效率卻極其低下。幸運的是，來(lái)自Gladstone研究所和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種方法，通過(guò)導入幾個(gè)關(guān)鍵的化合物提高了CRISPR的效率。這一重要研究成果發(fā)表在2月5日的《細胞
干細胞》（Cellstemcell）雜志上。
Gladstone研究所資深研究員丁勝（ShengDing）博士以及斯坦福大學(xué)的齊磊（LeiStanleyQi，音譯）是這篇論文的共同資深作者。丁勝博士是知名的干細胞領(lǐng)域華人科學(xué)家，在合成化學(xué)、干細胞生物學(xué)以及藥物研發(fā)技術(shù)方面具有很強的科研實(shí)力和獨特見(jiàn)解，創(chuàng )造性地開(kāi)拓了“干細胞化學(xué)生物學(xué)”這一前沿性新領(lǐng)域。齊磊博士近年來(lái)也在CRISPR研究領(lǐng)域取得一系列突破性進(jìn)展，在Cell、NatureBiotechnology、NatureMethods等雜志上接連發(fā)表了多篇研究論文。
論文的第一作者、Gladstone研究所博士后ChenYu說(shuō)：“當前，CRISPR技術(shù)面對一個(gè)權衡問(wèn)題：盡管這一技術(shù)非常精確，但也極其低效。我們通過(guò)導入一些小分子來(lái)改善了這一情況，在維持技術(shù)精確性的同時(shí)提高了它的效率。”
【6】Nature：工程化的CRISPR-Cas9核酸酶突變體或可提高基因編輯的效率
發(fā)表于國際雜志Nature上的一篇研究論文中，來(lái)自MIT的研究人員發(fā)現了一種新方法，該方法可以擴展基因編輯工具CRISPR-Cas9RNA引導核酸酶的精確性及用途，文章中研究者闡明了切割DNA的Cas9酶類(lèi)突變體相比常見(jiàn)的Cas9酶類(lèi)可以更加有效地識別一系列不同的核酸序列。
研究者BenjaminKleinstiver博士指出，這項研究中我們對此前不能被野生型Cas9修飾的人類(lèi)和斑馬魚(yú)基因位點(diǎn)進(jìn)行研究，如今利用這種修飾后的Cas9突變體就可以實(shí)現上述目標；這就可以幫助研究者對多個(gè)基因組中的較大范圍的基因位點(diǎn)進(jìn)行靶向修飾，從而更加精確地修飾DNA序列。
CRISPR-Cas9核酸酶包括Cas9細菌酶和一段由20個(gè)RNA分子的核酸鏈組成，這些RNA分子可以同靶向作用的DNA序列配對，除了RNA/DNA配對之外，Cas9酶需要識別一類(lèi)特殊的核苷酸序列，名為前間區序列鄰近基序(protospaceradjacentmotif，PAM)，PAM位于靶向DNA附近，Cas9的最常見(jiàn)形式來(lái)自于釀膿鏈球菌中，名為SpCas9，其可以識別PAM序列，在PAM序列中任何核苷酸都會(huì )緊隨兩個(gè)鳥(niǎo)嘌呤堿基之后形成，而這就限制了對DNA序列的靶向作用。
【7】Nature：風(fēng)口浪尖上的CRISPR基因編輯
“扯淡！”，這是哈佛醫學(xué)院生物工程師KevinEsvelt看到去年發(fā)表在《科學(xué)》（Science）雜志上的一篇研究論文時(shí)，口中冒出來(lái)的第一個(gè)詞。這項研究工作描述利用一種基因編輯技術(shù)將突變插入到了果蠅中，并且這種突變可以傳遞給幾乎所有的果蠅后代。盡管有趣，這份研究報告卻讓Esvelt感到不安：如果基因工程果蠅從實(shí)驗室中逃出，突變有可能會(huì )在整個(gè)野生種群中迅速傳播。
但這卻讓加州大學(xué)歐文分校的分子生物學(xué)家AnthonyJames感到極為興奮。他在給研究作者的信中寫(xiě)道：“天哪！我們能將之應用于蚊子嗎？”
7月30日，美國國家科學(xué)院(NAS)首次召開(kāi)了一系列會(huì )議，旨在尋找一些方法來(lái)平衡這一“基因驅動(dòng)”技術(shù)的潛力和風(fēng)險。通過(guò)將一種預期的
遺傳修飾插入到DNA連同生物體中，提高這種改變傳遞給下一代的概率，這種方法不僅能夠快速改造單個(gè)生物體而且可以影響整個(gè)種群。這一技術(shù)可以用來(lái)使得蚊子無(wú)法攜帶瘧原蟲(chóng)或是消滅有害的入侵物種，但它也有可能會(huì )造成意外的環(huán)境代價(jià)，并有可能無(wú)法逆轉這種后果。佛羅里達大學(xué)種群遺傳學(xué)家WalterTabachnick說(shuō)：“一旦到了那一步，你便無(wú)法挽回。”
【8】基因編輯立功啦，成功治療白血病，全球首例
科學(xué)家利用這種技術(shù)對捐獻者的免疫細胞進(jìn)行基因編輯，一歲小女孩Layla的白血病被成功治愈。這是第二次基因編輯技術(shù)在臨床上的成功應用。
NHS信托倫敦大奧蒙德街兒童醫院免疫學(xué)家WaseemQasim主持該治療項目，他說(shuō)自己的小組明年計劃給10-12名患者進(jìn)行同樣治療。因為這種技術(shù)目前只適合用于那些其他常規治療無(wú)效的患兒，這樣的孩子可以被特別許可使用這種新技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，Qasim說(shuō)這個(gè)孩子非常成功，他的小組準備在2015年12月美國血液病大會(huì )上介紹這個(gè)病例。
治療時(shí)，研究人員從一名健康捐獻者血液中分離T淋巴細胞，用一種基因編輯技術(shù)TALEN，使用一種DNA剪切酶。這種DNA剪切酶能夠失活免疫基因，免疫基因的作用是產(chǎn)生攻擊性反應，修飾基因的另一個(gè)目的是避免
抗癌藥物對移植細胞的破壞。隨后用放射線(xiàn)將患者免疫系統摧毀，置換為經(jīng)過(guò)基因編輯的捐獻者細胞。Qasim說(shuō)，目前這種治療只是給白血病患者的臨時(shí)解決方案，這種治療的目的是給患者提供一個(gè)過(guò)渡生存的強梁，等待另一個(gè)T細胞配型成功的捐獻者。
【9】Nature、Science：人類(lèi)基因編輯取得共識
美國科學(xué)院、英國皇家學(xué)會(huì )和中國科學(xué)院聯(lián)合主持的人類(lèi)基因編輯國際峰會(huì )，探討了用新方法（比如CRISPR）改變人類(lèi)DNA的前景和風(fēng)險，尤其是引起巨大爭議的卵子、精子和胚胎基因組編輯。
胚胎或生殖細胞的基因工程改造，會(huì )給個(gè)體及其后代帶來(lái)永久性的基因改變，被許多人視為洪水猛獸。但這樣的技術(shù)能阻止遺傳學(xué)疾病的傳遞，造福許多被病痛折磨的患者。而且完全禁止這樣的研究似乎并不現實(shí)。
人類(lèi)基因編輯國際峰會(huì )經(jīng)過(guò)三天的熱烈討論終于達成共識，會(huì )議組委會(huì )于十二月三日發(fā)布了自己起草的聲明。該聲明指出，基因編輯技術(shù)不應用于準備建立妊娠的人類(lèi)胚胎。推進(jìn)生殖細胞基因編輯的臨床使用是“不負責任的”，除非安全和效率問(wèn)題得到了解決，而且相關(guān)應用得到了廣泛的社會(huì )共識。
該聲明并未禁止編輯胚胎或生殖細胞的基礎研究，涉及人類(lèi)胚胎、精子和卵子的基礎研究和臨床前研究應當繼續前行。“我們并不希望把大門(mén)永遠關(guān)上，”加州大學(xué)伯克利分校的JenniferDoudna說(shuō)。
【10】首例體內細胞基因編輯即將實(shí)現有望治療血友病
首例體內細胞基因編輯即將實(shí)現。這項技術(shù)將被試用于治療B型血友病——一種能夠導致自發(fā)性?xún)瘸鲅哪δ芪蓙y病癥。
這次臨床試驗的消息在近日于美國華盛頓特區召開(kāi)的人類(lèi)基因編輯國際峰會(huì )上宣布。此次會(huì )議主要聚焦于一項叫作CRISPR的革命性基因工程技術(shù)，尤其是其在人體上的應用。
基因編輯是指刪除、增加或改變一個(gè)基因組精確位點(diǎn)的DNA。CRISPR是一種成本相對較低、較為簡(jiǎn)單的、相對精確的基因編輯方法，具有治療多種疾病的潛力。盡管研究人員曾采集人類(lèi)細胞進(jìn)行類(lèi)似基因編輯，而且在白血病和艾滋病病毒感染治療案例中也曾使用過(guò)技術(shù)相對較成熟、成本更加昂貴的基因編輯方法，但這種新方法尚未開(kāi)展臨床人體試驗。
即將到來(lái)的實(shí)驗將利用其中一種較成熟的技術(shù)，以一種叫作鋅指核酸酶的DNA作為剪切工具，這種核酸酶可以被直接注射到血流中發(fā)生作用。
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