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CRISPR热潮 2013-10-31 来源：lifeomics 作者：YORK 1789 0 收藏(3) 科学家们有望利用一种细菌免疫机制开发出革命性的新型基因组编辑技术（genome-editing technique）。 细菌虽然不会对我们真核生物产生太多的同情之心，但是它们也的确是会生病的。而且细菌得病也不是和我们人类毫无关系的，至少就会对乳制品业带来很大的影响，因为在生产酸奶和奶酪的过程中都会用到嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）这样一类细菌。嗜热链球菌能够将奶中的乳糖（lactose）分解成乳酸（lactic acid）。可是噬菌体（bacteriophages，简称phages）却会让这些细菌“生病”，极大地影响酸奶等乳制品的生产质量。 2007年，Danisco这家来自丹麦哥本哈根的食品原料公司（现在该公司已经被 DuPont公司收购）的科学家们发现了一种方法，能够极大地增强工业细菌对噬菌体的抵抗力。他们的方法就是用噬菌体来免疫细菌，结果取得了很不错的效果（Science , 23 March 2007, p. 1650）。DuPont公司收购了 Danisco公司之后，利用这种技术培育出了抵抗力更强的工业生产用菌。而且这项工作还证明，细菌也是拥有适应性免疫系统（adaptive immune system）的，而且依靠这种免疫机制抵抗同一种噬菌体的多次攻击。 很快，其他并非从事食品科学和微生物研究的科研人员也意识到了这种细菌免疫机制的重要价值，因为他们发现这种细菌免疫机制有一个特点，那就是能够针对特定的DNA序列发挥作用。今年的1月，有四个课题小组都报道称他们对这种细菌免疫机制进行了成功的应用尝试——对人类细胞里的特定基因进行了定向破坏。科学家们将这种技术称作CRISPR技术。在随后的8个月里，更多的实验室也开始使用这种技术，对人类细胞、小鼠、大鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母细胞、线虫和多种农作物进行了大量的试验，成功地对基因进行了定向缺失、插入、活化或抑制等遗传改造操作，从各个方面证明了CRISPR技术的潜在应用价值。虽然生物学家们最近也开发出了几种新方法，可以对基因进行更加精确的操作，但是美国哈佛大学（Harvard University）的 George Church认为，CRISPR技术的高效率和易用性还是其他技术无法匹敌的。Church的实验室是世界上首批使用CRISPR技术成功对人类细胞进行遗传改造的实验室之一。 科学家们可以使用CRISPR技术，用比以往快得多的速度构建人类疾病的小鼠动物模型，也能以更快的速度对基因进行研究，而且还可以一次对细胞内的多个基因进行遗传学改造，研究这些基因之间的相互作用。虽然伴随着近年来逐渐流行起来的的CRISPR技术狂潮，也慢慢暴露出了这项技术的一些不足和限制，使这股热潮进一步蔓延的速度有所减退，但是Church和其它的CRISPR技术先驱们还是坚信，这项技术有着美好的前景，他们还组建了公司，希望能够利用CRISPR技术治疗各种遗传性疾病。美国蒙大拿州立大学波兹曼分校（Montana State University in Bozeman）的生化学家Blake Wiedenheft就评价道：“我还没有发现在哪个领域内，有哪种技术能够像 CRISPR技术这样发展得如此迅猛。” 在短短的8个月之内，科学家们已经利用CRISPR技术成功地对线虫（左）、斑马鱼胚胎（中）和果蝇进行了遗传学改造，获得了更粗短的线虫，腹部组织体积更大的斑马鱼胚胎，和眼睛颜色更深的果蝇，这些成果都表明CRISPR技术在动物基因改造方面有着巨大的应用潜力。 艰难的开始 这种新技术最早可以追溯到1987年，当时有一个科研小组观察到，在细菌编码的一个基因末端有一段非常奇怪的重复序列。不过当时这个发现并没有引起太多人的关注。直到十年之后，越来越多的生物学家们开始从事微生物基因组的解析工作，这时他们也都发现了这种奇怪的现象，即在细菌的基因末端，一段 DNA序列会紧接着一段它自己的反向序列，然后再接一段大约30bp左右的、貌似是由碱基随机排列而成的DNA序列，科学家们称之为“空格DNA（spacer DNA）”，然后再紧接着一段与前面DNA序列相同的DNA片段，之后再接另外一个空格DNA。在一个微生物的基因组中，这种情况可以出现好多次，不过每一个奇怪的序列都可以由不同的重复片段和空格片段组成。在大约40%的细菌和90%的古细菌（archaea）中都能够观察到这种现象，于是科学家们给这种序列取了一个名字，叫作CRISPR，即成簇的、规律间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic r