如果一位医生告诉你，在婴儿出生以前，就可以采用基因编辑技术，根据你的意愿为其“定制”发色、肤色，乃至智商——你会认为这是一个好主意吗？

　　自诞生以来，基因编辑技术既给人类带来了前所未有的惊喜，也引起了不小的争议。那么，基因编辑技术原理是什么？最新研究进展如何？这把“神奇的剪刀”究竟有什么用？

　　让我们来听听北京大学生命科学学院研究员魏文胜和哈尔滨工业大学生命科学与技术学院院长黄志伟这两位教授怎么说。

　　基因编辑咋编辑

　　如同对文本进行修改一样，首先把错误或想要修改的地方找出来，然后使用工具，插入、删除或者改写一段“文字”

　　了解基因编辑的原理，首先要弄懂什么是基因。基因是具有遗传效应的DNA（脱氧核糖核酸）片段，它能控制生物的性状，支持生命的基本构造和性能。自DNA发现以来，科学家们一直在尝试进行“基因编辑”，比如培育更高产的小麦、选育毛色更可爱的宠物……这些懵懂的“原始实验”从未间断。

　　专家介绍说，基因编辑就是特异性地来改变目标基因序列的技术。如同对文本进行修改一样，首先要把错误或想要修改的地方找出来，然后使用工具，按照修改的意图，插入、删除部分词句或者改写一段“文字”。当然，基因编辑是在细胞内对基因序列进行类似的操作，过程更加复杂：首先需要用一种复合体把目标基因序列特异性地识别出来，以避免“伤及无辜”；复合体再将DNA的双链剪断，在目标基因序列上制造断裂端，这时细胞自身的DNA修复机制马上会启动，对断裂端进行修复，让它重新连接起来。如果在修复过程中，有一个“模板”存在，细胞就会以此为标准进行修复，基因编辑就此完成。

　　这种能切割的复合体必须是一把自带“导航系统”的“剪刀”，即包含DNA识别区域和DNA切割区域。“剪刀”在基因编辑的过程中至关重要，因此找到更好用的“剪刀”一直是基因编辑的主要任务。

　　这把“剪刀”就是人工核酸酶。20世纪90年代，锌指核酸酶（ZFNs）出现，该技术由锌指蛋白实现对DNA的识别，由核酸酶进行精准切割。经过十几年的发展，锌指核酸酶技术已应用于果蝇、斑马鱼、大鼠、小鼠等多种模式动物的遗传研究，成功实现了基因的修饰。2005年，它还首次实现了对人类细胞基因的定点修饰。然而，锌指核酸酶的精确度要建立在庞大的锌指表达文库之上，从中筛选出锌指蛋白，耗时费力，成本也高，因此没有得到大规模的应用。

　　另一把“剪刀”是类转录激活因子核酸酶（TALENs），理论上它可以实现对任意基因序列的编辑，原理与锌指核酸酶技术相似。虽然它在筛选、构建方面要容易一些，但同样比较繁琐，还可能引起机体免疫反应。

　　魏文胜指出，虽然锌指核酸酶、类转录激活因子核酸酶的使用门槛比较高，但是在一些领域如基因治疗中，仍然有重要的价值。

　　CRISPR为何火

　　CRISPR是一个平民化的“神奇剪刀手”，更便宜、更便捷、靶向更加准确

　　让基因编辑真正变得简便好用的，是一把叫CRISPR的基因“剪刀”。

　　细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体。和大多数生物一样，细菌也会受病毒感染，使其成为正常细菌的杀手——噬菌体。在漫长的进化过程中，细菌逐渐有了自己的应对之策——免疫系统。20世纪80年代末，研究人员在观测大肠杆菌时发现，在细菌基因的尾端，有一些看上去很奇怪的重复序列。这些序列随后被命名为成簇的规律间隔的短回文重复序列（CRISPR）。病毒性感染就像定 时炸 弹，在它“爆炸”之前，细菌只有很短的时间来处理，而CRISPR就是一个“拆弹专家”。

　　CRISPR是如何“拆弹”的？研究人员注意到，这些重复的序列之间总是由一些很古怪的间隔区（spacer）隔开，这些间隔区之所以看上去很古怪，是因为它们根本就不是细菌自身所有的东西，而是从噬菌体病毒的DNA上“剪”下来的小片段。简言之，细菌细胞产生CRISPR相关蛋白（Cas蛋白），在病毒入侵之后，Cas蛋白便会结合到病毒DNA上，从上面“剪”下一块病毒DNA，然后将其转运到细菌细胞的基因组，插入其中，使之成为一处“间隔区”。从此以后，细菌细胞便会利用这一间隔区来识别与之相对应的病毒，实现对病毒再次入侵的免疫应答。更神奇的是，CRISPR系统还可以将获得的部分DNA片段整合进基因组，形成记忆并遗传，从而可以保护后代的细胞免受病毒的攻击，就像随身带了一张基因的“疫苗接种卡”。