Nature专题：基因组编辑

　　

生物通报道  遗传工程这一名词出现于上世纪70年代，然而直到过去的几年里，研究人员才开发出一些工具，让他们能够以设想的精度来改造基因组。本月，中、美、英三国的科学团体汇聚于美国华盛顿，联合举办了一场“以编辑人类生殖细胞系”为主题的国际峰会。

12月3日，《自然》（Nature）杂志也推出了一期名为“Genome editing”的专题，以11篇文章形式专题介绍了三种主要的基因组编辑工具，基因组编辑在医学、农业、表观遗传学等各个领域广泛应用，胚胎基因组编辑，及基因组编辑面对的4大问题等等相关内容。

ZFNs、TALENs和 CRISPR–Cas9，基因组编辑的三大工具

基因组编辑简单来说，就是利用一些酶来靶向切割DNA序列，再借助细胞机器修复这些切割，以达到对基因组进行定点修饰目的的一项技术。它使得科学家们能够以前所未有的精度来破坏或是改造一些基因。锌指核酸酶（ZFNs）、转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs）和CRISPR–Cas9是当前三种主要的基因组编辑工具。由于具有便捷、廉价、产物具有可扩展性，且能够用于多个靶向基因组位点等优势，CRISPR–Cas9相比ZFNs和TALENs得到了更广泛地应用（延伸阅读：张锋Science重大突破：攻克CRISPR-Cas9基因组编辑的主要障碍 ）。

基因组编辑：带来无限的可能

从农业科学家、传染病专家、合成生物学家到表观遗传学家，基因组编辑已成为了各个领域最热门的焦点。

2013年，美国国家科学院院士Hans Clevers从两个囊性纤维化患儿那里分离出肠道干细胞。他利用这些干细胞培养出了肠组织，并导入在囊性纤维化患者中遭到破坏的一种基因的健康版本。这是第一次证实了CRISPR–Cas9基因编辑工具可以修复人类组织。Clevers的工作向人们展示了CRISPR–Cas9不仅是基础科学工具，还可能是医学突破之源。

了解TALEN基因修饰技术的更多信息

现在，世界各地的研究团队正在如火如荼地展开研究，以测试CRISPR平台治疗从重症联合免疫缺陷（SCID）、艾滋病、镰状细胞病到肌萎缩症等一系列疾病的能力。许多科学家甚至预测，它的医学应用将很快超越TALENs和ZFNs等其他的工具。人们希望基因组编辑将最终能够解决目前无法攻克的疾病。

在农业领域，当前经过改造的CRISPR–Cas9系统正被迅速地应用到水稻、小麦、玉米等不同作物基因组的定向编辑研究中，以及对猪、牛、羊等动物进行遗传改造。研究团体期望借助这一技术能够帮助解决因世界人口增长过快面临的粮食短缺问题。

是否应该编辑人类生殖细胞系？

生成的可遗传基因组编辑有潜力阻止疾病传递给下一代，但如果我们无法充分认识人类的基因表达，“永久”的遗传改变也会带来风险。CRISPR技术先驱、加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna，及遗传大牛、哈佛医学院的George Church分别撰文谈论了对生殖细胞基因组编辑的看法。两位均强调了监管的必要性，但认为不应该完全禁止人类生殖细胞的编辑。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genome editing

The term 'genetic engineering' has been around since the early 1970s, along with the idea that, by altering DNA, scientists can cure genetic disease or create superhumans. Reality, however, was much less exciting. It is only in the past few years that researchers have developed the tools that allow them to engineer the genome with the precision and ease originally envisioned — to be able to edit any DNA base anywhere in any genome (see page S2). A CRISPR–Cas9 plasmid, the most recent of the widely used genome-editing tools, now costs US$65 or less. It can be ordered online, arrives in the post and requires little specialist training to use.