遺傳工程這一名詞出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代，然而直到過去的幾年里，研究人員才開發(fā)出一些工具，讓他們能夠以設(shè)想的精度來改造基因組。本月，中、美、英三國的科學(xué)團(tuán)體匯聚于美國華盛頓，聯(lián)合舉辦了一場(chǎng)“以編輯人類生殖細(xì)胞系”為主題的國際峰會(huì)。

12月3日，《自然》（Nature）雜志也推出了一期名為“Genome editing”的專題，以11篇文章形式專題介紹了三種主要的基因組編輯工具，基因組編輯在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、表觀遺傳學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，胚胎基因組編輯，及基因組編輯面對(duì)的4大問題等等相關(guān)內(nèi)容。

ZFNs、TALENs和 CRISPR–Cas9，基因組編輯的三大工具

基因組編輯簡(jiǎn)單來說，就是利用一些酶來靶向切割DNA序列，再借助細(xì)胞機(jī)器修復(fù)這些切割，以達(dá)到對(duì)基因組進(jìn)行定點(diǎn)修飾目的的一項(xiàng)技術(shù)。它使得科學(xué)家們能夠以前所未有的精度來破壞或是改造一些基因。鋅指核酸酶（ZFNs）、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶（TALENs）和CRISPR–Cas9是當(dāng)前三種主要的基因組編輯工具。由于具有便捷、廉價(jià)、產(chǎn)物具有可擴(kuò)展性，且能夠用于多個(gè)靶向基因組位點(diǎn)等優(yōu)勢(shì)，CRISPR–Cas9相比ZFNs和TALENs得到了更廣泛地應(yīng)用.

基因組編輯：帶來無限的可能

從農(nóng)業(yè)科學(xué)家、傳染病專家、合成生物學(xué)家到表觀遺傳學(xué)家，基因組編輯已成為了各個(gè)領(lǐng)域最熱門的焦點(diǎn)。

2013年，美國國家科學(xué)院院士Hans Clevers從兩個(gè)囊性纖維化患兒那里分離出腸道干細(xì)胞。他利用這些干細(xì)胞培養(yǎng)出了腸組織，并導(dǎo)入在囊性纖維化患者中遭到破壞的一種基因的健康版本。這是第一次證實(shí)了CRISPR–Cas9基因編輯工具可以修復(fù)人類組織。Clevers的工作向人們展示了CRISPR–Cas9不僅是基礎(chǔ)科學(xué)工具，還可能是醫(yī)學(xué)突破之源。

現(xiàn)在，世界各地的研究團(tuán)隊(duì)正在如火如荼地展開研究，以測(cè)試CRISPR平臺(tái)治療從重癥聯(lián)合免疫缺陷（SCID）、艾滋病、鐮狀細(xì)胞病到肌萎縮癥等一系列疾病的能力。許多科學(xué)家甚至預(yù)測(cè)，它的醫(yī)學(xué)應(yīng)用將很快超越TALENs和ZFNs等其他的工具。人們希望基因組編輯將最終能夠解決目前無法攻克的疾病。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，當(dāng)前經(jīng)過改造的CRISPR–Cas9系統(tǒng)正被迅速地應(yīng)用到水稻、小麥、玉米等不同作物基因組的定向編輯研究中，以及對(duì)豬、牛、羊等動(dòng)物進(jìn)行遺傳改造。研究團(tuán)體期望借助這一技術(shù)能夠幫助解決因世界人口增長(zhǎng)過快面臨的糧食短缺問題。

是否應(yīng)該編輯人類生殖細(xì)胞系？

生成的可遺傳基因組編輯有潛力阻止疾病傳遞給下一代，但如果我們無法充分認(rèn)識(shí)人類的基因表達(dá)，“永久”的遺傳改變也會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。CRISPR技術(shù)先驅(qū)、加州大學(xué)伯克利分校的Jennifer Doudna，及遺傳大牛、哈佛醫(yī)學(xué)院的George Church分別撰文談?wù)摿藢?duì)生殖細(xì)胞基因組編輯的看法。兩位均強(qiáng)調(diào)了監(jiān)管的必要性，但認(rèn)為不應(yīng)該完全禁止人類生殖細(xì)胞的編輯。