编者按:《连线》杂志发表了一系列文章，介绍最新的技术和网络文化。本文是MEGAN MOLTENI写的CRISPR文章。由36Kr编译。

在基因编辑技术发展的早期，生物学家有一个类似于印刷机的分子工具箱。换句话说，将基因加载到用于结合靶细胞和改变DNA的病毒中，是一个混乱且劳动密集型的过程。它不仅涉及大量的交叉学科。现在科学家有了微软Word这样的工具，他们可以像软件工程师修改代码一样轻松地开始编辑DNA。是什么推动了这一转变？我们称之为2012年的Crispr地震。

如果你问“Crispr是什么？”简单来说，这是一种革命性的新分子工具，科学家可以用它来精确定位和切割任何种类的遗传物质。Crispr系统是科学家操纵地球上任何生物(包括人类)生命代码的最快、最简单、最廉价的方式。

从复杂度上来说，Crispr代表的是集群的周期性区间重复。Crispr系统由具有序列剪切能力的蛋白质和遗传GPS导航组成。这个系统在细菌王国中自然进化，作为记忆和防御入侵病毒的一种方式。但研究人员最近发现，他们可以重新利用原有的免疫系统来准确改变基因组，从而引发了数十亿美元的DNA黑客热潮。

每个行业都在Crispr上投入了大量资金——制药、农业、能源和材料制造。连那些大麻贩子都想砸钱进去。这些公司正在用它来制造治疗癌症的药物、对抗气候变化的作物、可以渗出生物燃料的藻类和可以自我停止的蚊子。Crispr几乎被学术研究人员普遍用于更深入地了解其模式生物的生物学。支撑这场生物黑客盛宴的是日益拥挤的Crispr后端供应链；企业设立基因编辑器设计工具，在细胞系到这些公司门口之前运输合成指导RNA或Crispr。然而，到目前为止，只有少数Crispr增强版产品能够真正进入消费者手中。相反，夸张的标题激起了人们对这项技术的希望和恐惧，从拯救濒危物种到引发超级婴儿的军备竞赛。

短期内，Crispr不会终结疾病、饥饿或气候变化。也许永远不会。设计师不会改变孩子的基因，也不会进行种族灭绝。但是，开始谈论如此强大的技术可能带来的伦理困境永远不会太早。然而，Crispr已经开始以一种不那么激进的方式重塑我们周围的物理世界，一次一个碱基对。

CRISPR的历史

是从酸奶开始的。为了制作酸奶，乳制品生产商长期以来一直使用嗜热链球菌来帮助。嗜热链球菌是一种吞噬牛奶中乳糖，排泄乳酸的细菌。然而，直到2005年，一位名叫鲁道夫·巴林科特(Rodolphe Balincourt)的年轻微生物学家发现，嗜热链球菌含有奇怪的重复DNA序列片段——CRISPR，这种片段可以保护嗜热链球菌免受可能造成损害的病毒的侵害。(如果嗜热菌消失，鼻腔细菌会进入其中，以乳糖为食，破坏产品。)

不久，杜邦公司收购了巴林考特工作的丹麦公司，开始使用Crispr保护其所有的酸奶和奶酪培养物。由于杜邦拥有全球乳制品市场50%的份额，这意味着你可能在披萨上吃过Crispr优化的奶酪。

与此同时，基因测序的成本直线下降，全世界的科学家都在组装细菌基因组。正如他们所做的那样，他们发现CRISPR随处可见——细菌王国的一半以上都有CRISPR。通常，这些序列的侧翼是一组编码一类称为核酸内切酶的切链酶的基因。科学家怀疑它们参与了这种原始的免疫系统，但这是怎么回事呢？

关键的洞察力来自一种特别讨厌的病菌，它会导致喉咙不适。它的Crispr系统产生两个RNA序列，这两个序列与一种叫做Cas9的蛤蜊形核酸内切酶相连。就像基因GPS一样，这些序列将酶导向与RNA序列互补的DNA链。当它到达那里时，Cas9改变了形状，抓住DNA并将其切成两半。做出这一发现的分子生物学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)和伊曼纽尔·夏彭蒂尔(Emmanuelle Charpentier)在2012年的《科学》杂志上发表了他们对细菌的研究结果。但是在这项技术作为基因工程的工具获得专利之前，这是不可能的。如果你切换RNA导航，你可以将Cas9发送到任何地方——例如，切除导致亨廷顿舞蹈症的基因。他们意识到Crispr将成为分子生物学家的曲速驱动器。

半年后，一位来自麻省理工学院和哈佛大学的名叫张峰的分子生物学家在《科学》杂志上发表了一篇论文，展示了Crispr-Cas9如何编辑人类细胞。事实上，有了正确的基因导航，你几乎可以让任何东西纵横交错。这意味着它可能被用于开发下一代药物，可以消除基因缺陷，增强人体对癌症的天然防御。这意味着很多钱。

也可以预见，一场专利之争将会接踵而至，延续到今天。Crispr的先驱们创立了三家拥有独家授权的公司，利用Crispr/Cas9治疗人类疾病；首批临床试验预计将于2018年在美国开始。谁将最终拥有这项技术的不确定性几乎没有减缓人们对Crispr的渴望。如果有的话，它引起了人们对开发竞争和相邻工具的兴趣，这些工具有望进一步改善和扩展Crispr的潜力。

CRISPR的未来

目前Crispr还是生物学家中的流行语。但就像计算机已经从一个专门为数学爱好者设计的无聊工具演变成我们身体无处不在的无形延伸一样，Crispr总有一天会无缝编织到我们的真实结构中。如果这只是一个生物学问题，问题就很容易解决了。

以工业发酵为例。在老式基因工程技术的帮助下，科学家们将大肠杆菌和啤酒酵母等微生物重新编程为工厂，可以生产从胰岛素到乙醇的一切产品。Crispr将迅速扩大可由生物精炼厂生产的设计化学品、分子和材料的目录。自愈混凝土？比铝还轻的耐火植物建筑材料？完全生物降解塑料？Crispr不仅让这一切成为可能，也让大规模生产成为可能。

但是，我们现在拥有的工具无法实现这个目标。这就是为什么研究人员现在竞相绘制Crispr世界的更清晰的图片。此时此刻，他和他们正在全球范围内寻找模糊细菌的序列，他们正在修复他们找到的系统。他们每遇到一种有前途的新核酸酶，就申请一项专利，这个名单在未来十年肯定会扩大。每一种新的酶不仅会提高Crispr的基因编辑能力，还会将其能力扩展到远远超出DNA所能处理的范围。你看，切片和切割并不是你能用DNA做的唯一有趣的事情。新的Crispr系统可以暂时切换基因或监控基因组以修复突变，因为它们是实时的，所以没有必要切割它们。第一种方法允许科学家用高或低水平的某些物质(如胰岛素)治疗人类疾病，而不永久改变患者的DNA。第二种方法有一天可以预防癌症和其他疾病。Crispr的特性可能会超过它实际的切割机制，它会激发出我们想象不到的应用。

与此同时，消费者将很快看到第一批Crispr产品出现在杂货店的货架上。由于Crispr不使用植物病毒操纵DNA，美国农业部对基因编辑作物给予了自由监管许可，允许耐旱大豆和超淀粉玉米用于你喜爱的加工食品中。特色水果蔬菜有可能跟随商品作物；监管负担的减轻和Crispr的廉价将使公司能够吸引消费者的感官，而不是农民的底线，进入市场。十几家初创企业涌现出来挑战拜耳、孟山都、杜邦和世界先锋。

CRISPR技术的民主化，加上其几乎无限的商业可能性，使得今天成为成为分子生物学家的绝佳机会。想制造只针对有害细菌而不破坏整个微生物群落的抗生素？一些公司正在这样做。想做一份医生可以用来检测登革热、寨卡病等疾病的纸质诊断？也有研究实验室和创业公司在做这个。随着更多的工具上线，后端Crispr生态系统将继续扩展，以支持、提供和优化这些工具。

Crispr应用只会变得更加强大，当这种情况发生时，它们将面临更多的审查和监督。我们必须弄清楚我们是否能以保护的名义毁灭整个物种，拯救其他物种免于灭绝。我们不得不面对基因编辑工具可能被用来制造深不可测的生物武器的可能性。是的，我们最终将不得不谈论设计婴儿；什么时候可以修复基因突变？我们会开始添加功能吗？我们的界限在哪里？Crispr，以及将来有一天会形成Crispr世界的所有工具，无疑会迫使社会——不仅仅是科学家——去面对这些问题，去思考那些最古老的问题；作为人类意味着什么？

还有一件事:非基因编辑的三个CRISPR用例

疾病诊断

病毒的工作原理是把你的细胞变成它们DNA的小工厂。基于Crispr的测试可以从一滴血、一口唾液或一滴尿液中提取外源DNA，并在几分钟内告诉你是否患有寨卡病毒、登革热或黄热病。

作物抗病性

每年，真菌会杀死三分之一的农作物。Crispr可以找出最严重的“违规者”，这将有助于农民在作物枯萎病发生之前挽救他们的作物。

抵制抗生素耐药性

由于过度使用，世界上的抗生素正在失去效力。基于Crispr的新药只针对有害细菌，可以保持微生物群落完整，有助于对抗抗生素耐药性。

原文链接:https://www.wired.com/story/wired-guide-to-crispr

编译组出品。编辑:郝鹏程

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