CRISPR以其簡便和用途廣泛為人稱道，採用它科學家能更輕鬆地對基因序列進行特定的修改。然而，這把為基因編輯技術帶來革命的“剪刀”，被業餘生物愛好者拿在手裏會發生什麼事情？

　　雖然約翰·蘇沙（Johan Sosa）完全沒有接受過正規的科研訓練，但這並沒有妨礙他掌握數十年來最強有力的分子生物學工具。

　　蘇沙已經在體外實驗中應用過CRISPR技術，這項技術問世已有三年，它能對DNA進行靶向性修飾。接下來，他希望能在酵母中嘗試這一方法，隨後則在模式植物擬南芥中使用。

　　業餘生物愛好者準備就緒，嘗試用CRISPR技術改寫基因。“生物駭客”整裝待發？

　　生物愛好者在家中DIY

　　CRISPR是“成簇的規律性間隔的短回文重復序列”的縮寫。它是細菌的“武器”，能“搗碎”入侵細菌的病毒的DNA。科學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系統採用一個通用酶——Cas9來執行剪切。研究人員需要做的一切，就是製造一個gRNA（嚮導RNA）來引導Cas9 ，而合成一條RNA ，遠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，科學家能比以往更輕鬆地對基因序列進行特定的修改。研究學者已經應用CRISPR編輯了從細菌到人類胚胎在內的各種有機體。這項技術有望為遭受遺傳病折磨的家族譜係消除遺傳缺陷，以前所未見的方式治療癌症，或者在豬體內培育人類器官。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“生物駭客”所力不能及的，然而CRISPR技術本身卻不是這樣。“生物駭客”是一個逐漸壯大起來的業餘科學家團體，常常在社區實驗室工作，這類實驗室通常要收取租金才允許使用儀器與設備。在創新精神驅使下，這些業餘愛好者們改造酵母以調整啤酒的風味，用細菌製造藝術品，或者探究嚴肅的基礎研究問題，他們迫不及待地想要嘗試CRISPR技術。

　　“它是有史以來最神奇的工具，” 安德列亞斯·斯特姆（Andreas Stürmer）是都柏林的一位生物駭客和企業家，“你在自己家裏就能操作它。”

　　做大實驗室裏的事

　　蘇沙是加利福尼亞州聖荷西的一位IT諮詢人。三年前，當他決定要在實驗室中培養器官或者其他身體組織時，他就投入了生物駭客這一愛好。起初，他不知道這個目標有多麼脫離實際，“我以為只需拿一堆幹細胞，再往裏頭加點東西，”他説。

　　當他開始閱讀分子生物學教科書，參與講座並自學實驗室技術時，操作活細胞的挑戰也就不成問題了。他參加了加州桑尼維爾的“生物好奇心”社區實驗室。

　　蘇沙還沒想好掌握了CRISPR技術後用它做些什麼。也許會加入“生物好奇心”的一個團隊，改造酵母用來合成酪蛋白（牛奶中的一種蛋白質），並逐步製造出素食奶酪。這可能需要用CRISPR來研究蛋白質在不同酵母中的化學修飾。“現在我們也有能力做那些大實驗室中每天都在做的事了，”他説，“這真讓人興奮。”

　　藝術家的新喜好

　　藝術家喬治·特雷梅爾（Georg Tremmel）是東京大學的一位生物資訊可視化研究員，他對於CRISPR的應用有清晰的計劃。他和他的同事打算把日本市場上經過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。他們希望公眾能衡量一下，該不該區別對待這些經過雙重改造的康乃馨與那些未經改造的康乃馨，本質上它們具有相同基因組。

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

　　過度擔憂？

　　除了創造性潛力，CRISPR也為惡意行為提供了可能。過去數年間，美國聯邦調查局的生物恐怖主義保護小組煞費苦心地與生物駭客社團搞好關係，並常規性地提醒其成員注意可疑的活動。威爾遜中心（WilsonCenter，華盛頓特區的一個智囊團）研究科學政策的托德·奎肯（Todd Kuiken）表示，這些擔憂也許是多此一舉。他説，大多數生物駭客是出於善意，例如製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生物學家的能力。酶和抗體之類的試劑價格昂貴，分子生物學實驗耗費時間，而專業科學家能用的設備往往是個人或社區實驗室所無法企及的。大多數社區實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，遺傳工程在專業場合之外是非法的。

　　凱尼· 甘達爾（Keoni Gandall）表示，鋻於DIY實驗室的限制，很多業餘愛好者只有在需要極其精確地修改基因組時才會使用CRISPR。甘達爾是加州亨廷頓海灘一名16歲的生物駭客，也是科學會展的冠軍得主，三年來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實驗室做志願者時才應用CRISPR技術。“CRISPR相當不錯”，他説。

　　對CRISPR最大的擔憂之一是，通過這種技術，可以製造出能在生物群落中以超乎自然的速度傳播的基因突變。然而環境律師兼DIY生物駭客丹·賴特（Dan Wright）認為，這種情形仍舊是大多數業餘人士力所未及的。構建這樣的系統，超出了他和同行們正在琢磨的相對簡易的操作。

　　“這難度太高了，” 賴特説，“目前為止，對於生物駭客而言，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

　　慎重思考該怎樣應用這種技術

　　CRISPR正在引領生物醫學研究的巨變——這一觀點獲得了廣泛認同。與其他基因編輯技術不同，CRISPR廉價、迅速且便於操作，因此它迅速席捲了全世界的實驗室。研究者們希望用它來改造人類基因並剔除疾病，培育更強壯的植物，消滅病原體，以及實現更多其他目的。

　　然而，一些科學家仍舊擔憂，該領域的突飛猛進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，獲取這種能力相當容易——你無需十分昂貴的設備，人員也無需經過多年訓練，”加州斯坦福大學的系統生物學家斯坦利·奇（Stanley Qi）説，“我們應該慎重思考該怎樣應用這種能力。”

　　必須理解這項技術能做什麼

　　在傳統的生物學研究中，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。

　　加利福尼亞大學伯克利分校的CRISPR先鋒珍妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）收藏了一份CRISPR改造物種的清單。目前為止，她已經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。杜德娜預測，她的CRISPR改造物種清單會繼續增長。

　　然而，杜德娜對其安全性具有更深的憂慮。她的擔憂始自2014年的一場會議，會上她看到一位博士後的工作彙報：改造一種病毒，將CRISPR組分攜帶進入小鼠體內。小鼠經呼吸攝入病毒，從而允許CRISPR系統製造突變並建立人類肺癌模型。杜德娜打了個寒顫——在引導RNA設計中哪怕有一點差池，同樣的事就會在人類的肺部發生。“想想你也許有個學生會做那樣的研究，真讓人膽戰心驚，”她説，“關鍵是，人們得理解這項技術能做什麼。”

　　稿件來源:環球科學（《科學美國人》中文版，微信號：huanqiukexue）

　　撰文：海蒂·萊德福（Heidi Ledford）

　　翻譯：陳曉青

　　■相關連結

　　CRISPR簡史

　　1987年12月，研究者發現大腸桿菌中的CRISPR序列，但並未鑒定其功能。

　　1995年7月，研究者在其他微生物中發現CRISPR普遍存在。

　　2007年3月，丹尼克斯食品公司的科學家證實該重復序列屬於細菌防禦病毒的系統。

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

　　2013年1月，CRISPR被用於小鼠和人類細胞，促進了該技術的迅速應用。

　　2013年3月，加州大學及其他機構為其發現申請了專利。

　　2014年4月，麻省理工學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。

　　2015年3月，第一項CRISPR基因驅動發佈，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，導致倫理辯論。