目 录

    序言 基因组编辑与iPS细胞——为了人类的未来

    前言

    第一章 生物已经开始改变

    不存在于自然界的荷兰乳牛

    基因重组技术的诞生

    把数百年的时耗缩短至几年

    控制肌肉含量的基因

    在水槽中养殖真鲷

    鱼到底有没有变大

    瞬间就能完成的基因组编辑操作

    基因分析的结果

    变成了1.5倍

    全新的真鲷

    创造“功能鱼”

    第二章 基因组编辑的机制解析

    青蛙变白了

    到底什么是“基因组”

    以往的品种改良

    基因重组与基因组编辑

    如何“对单一基因进行操作”

    基因组编辑是何时出现的

    第三代技术——CRISPR‐Cas 9诞生记

    “向导”和“剪刀”——CRISPR‐Cas 9的机制解析

    原则上，基因组编辑能应用于所有生物

    强化基因组编辑应用领域的产业优势CRISPR是日本科学家发现的

    第三章 CRISPR‐Cas 9浪潮席卷美国

    机缘始于电影《侏罗纪公园》

    “超级工具”诞生之前

    沉睡于冰柜中的“宝物”

    治疗癌症的希望

    网络上的基因组编辑

    4万种基因组编辑工具

    研究者的宣传和流通平台

    媲美亚马逊的配送系统

    基因组编辑非常简单——操作只需2分钟

    Addgene在日本也有代理商

    第四章 蓬勃发展的基因组品种改良

    颠覆了畜牧业常识的牛

    从研究者到创业公司的CEO

    无角之牛，抗病的猪

    不是“科学怪牛”

    发芽的土豆有毒哦

    利用“感染”，从土豆中排除毒素

    基因重组农作物不得不面对的壁垒

    对植物进行基因组编辑的可能性

    什么是“战略性创新推进计划”

    诞生自藻类的生物燃料

    与厂商合作——以油脂的大规模生产为目标

    第五章 从基因组层面治疗疑难杂症

    艾滋病病毒的临床试验受试者

    以前的HIV疗法与最新的HIV疗法

    简单到难以置信的疗法基因组编辑医疗的先锋

    临床试验后立刻显现出惊人的变化

    对癌症治疗也进入了实用阶段

    京都大学iPS细胞研究所的挑战

    以根治肌营养不良症为目标

    氨基酸和蛋白质

    有三种编辑方法能制造出蛋白质

    iPS细胞+基因组编辑

    通过注射，将基因组编辑物质送入体内

    基因组编辑的竞争对手是美国

    将猴子作为模型动物

    第六章 希望与不安之间 充满迷惘的研究现场

    针对基因重组技术的严格规定

    研究者的不满

    基因组编辑是否等同于基因重组

    当接受过基因组编辑的食物被摆上餐桌

    基因组编辑不会留下痕迹

    基因组编辑食品的安全性如何

    努力实现“安全的基因组编辑”

    CRISPR‐Cas 9的归属权之争

    诺贝尔奖将花落谁家

    改造人类

    意见分歧——对人类受精卵进行基因组编辑

    “人类基因组编辑国际峰会”的召开

    阿西罗马会议和《卡塔赫纳生物安全议定书》

    人类基因组编辑国际峰会的声明

    使用人类受精卵进行基因组编辑的多个案例

    日本政府的态度对临床应用的假想

    如何看待科学技术的进化

    为了造福人类

    结语

    访谈“为了站在生命科学的前沿”——山本卓

    与基因组编辑的邂逅

    基因组编辑工具的免费获取

    CRISPR‐Cas 9的冲击

    从研究者变成开发者

    基因组编辑学会的成立初衷

    基因组编辑在研究者眼中的风险

    基因组编辑能被社会接受吗？

    基因组编辑引领着癌症治疗的未来

    关于基因组编辑的未来序言 基因组编辑与iPS细胞——为了人类

    的未来

    京都大学iPS细胞研究所所长

    2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者

    山中伸弥

    迄今为止，人类一直在对各种农作物、家畜及鱼类的品种进行改

    良，而其中的绝大多数，都是以偶然发生的基因变化为契机，通过长年

    累月的重复交配，一点一滴积累而成的。

    本书所介绍的基因组编辑(genome editing)，说白了就是一种能

    够“瞄准”某个目标基因，单独对其进行精准操作(修改)的技术。通过

    这种技术，能够相对轻松地实现“改变特定基因的工作方式”这一目的。

    换句话说，借助这种技术，我们就有可能改变某种生物的特定基因，将

    其转变为另一种形式，对人类的未来而言更有利用价值。这也意味着与

    以往相比，我们完成品种改良所需的时间将大幅度缩短。要知道，就在

    几年前，这项技术还被当作天方夜谭。身为一名普通的研究人员，时至

    今日我仍时常为此感到震惊。

    早在30年前，研究者们就已经开发出了“在确保特定基因不受影响

    的前提下进行操作”的技术。我在20世纪90年代亦曾远渡重洋，到美国

    学习这种基因操作技术。若要采用这项技术，仅仅是针对单一基因进行

    操作，就需要耗费超过一年的时间，并且这项技术无法同时编辑多个基

    因，动物实验对象到目前为止也只有老鼠。然而到了2010年，基因操作领域突然兴起了大幅度的技术革新，名

    为“基因组编辑”的技术正是诞生于此时，它能够应用于任何生物品种

    ——无论是小白鼠、植物还是鱼类，甚至人类都可以使用，而且成功率

    非常高。利用基因组编辑技术，研究人员能够以十分之几的成功率改变

    目标基因，并且更为重要的是，任何具备了基因工程基础知识的科研人

    员，都能比较轻松地完成此类操作。

    ●技术本身简单易行

    ●成功率高

    ●能够适用于各种生物

    在此之前，几乎从未有过任何生命科学技术能同时具备上述三大优

    点。我从事基础研究至今已有25年时间，而这项技术，应该可以称得上

    是这些年里诞生的最具革命性的生命科学技术了。

    如今在日本，科学家正利用基因组编辑技术进行各种研究。比如，我们希望能培育出移植了人类的各种细胞但极少会产生免疫排斥反应的

    猴子。而实现此类成果的唯一方法，就是在受精卵阶段对猴子的基因进

    行修改，也就是进行基因组编辑操作。

    虽然在此之前，也有具备相同性质的实验动物——诸如小白鼠之类

    的——存在，并被频繁应用于人类细胞移植等医学研究中。但就算同样

    是动物，与小白鼠相比，猴子这种与人类更加近似的大型哺乳动物的价

    值自然是大不相同的。能够利用基因组编辑技术进行人类细胞的移植，这在医学研究领域属于划时代的突破。

    基因组编辑技术确实促进了医学研究的发展。但与此同时，我们也

    必须强调以谨慎态度对待它的必要性。本书介绍了一项针对真鲷(red seabream)的研究，通过抑制肌抑

    素(myostatin)这一基因的功能，可以增加真鲷的肌肉含量。其实，我

    们人类同样具备该肌抑素基因，所以在理论上，借助几乎完全相同的技

    术，通过抑制肌抑素的功能，我们完全有可能制造出肌肉发达的人类。

    因此，如果这一新兴技术被滥用，将有可能造成极为严重的后果。

    自2015年年初开始，陆续有消息称中国的研究人员已经开始了针对

    人类受精卵的基因组编辑实验。关于此类研究，从伦理角度需要克服的

    障碍非常多，因此大家都只将其当作谣言。然而没过多久，就有中国的

    学术期刊发表了针对人类受精卵进行基因组编辑的论文。

    该论文介绍了一项对异常受精卵(即3原核受精卵)进行基因组编

    辑的研究。所谓异常受精卵，是一种通过体外受精的方法制造产生的、无法正常发育的受精卵。这项研究考察了基因组编辑的效率以及发生不

    符合预期的变化的概率，属于基础性研究，但却是有史以来首次公开使

    用人类受精卵进行基因组编辑的研究。

    对于将基因组编辑应用于人类受精卵，大多数研究者都已达成共

    识，认可“不能用于临床”以及“接受过基因组编辑的人类受精卵不能用

    于孵育新生命”这两大原则。然而，对于上述中国论文那样的基础性研

    究，大家的态度仍存在两级分化。

    不乏有研究者认为，使用人类受精卵是为了考察基因组编辑技术的

    效率和安全性，进行此类基础研究是没有伦理问题的；但与此同时也有

    观点指出，在包括普通民众以及有可能受惠于基因组编辑的患者在内的

    全体社会成员——而非仅限于研究者——进行成熟的讨论之前，以人类

    为对象的所有应用——包括基础研究，都应该停止。

    事实上，在医疗第一线，针对体细胞的基因组编辑技术已经进入了

    临床应用阶段。以针对HIV(human immunodeficiency virus，人类免疫缺陷病毒)感染者的治疗为例，取出患者自身的血细胞，对其进行基因

    组编辑，然后重新输回体内。这一行为的目的仅限于对患者自身进行治

    疗，并不会传递给子孙后代，因此与对受精卵进行基因组编辑是完全不

    同的概念。在医疗领域，诸如此类针对体细胞的基因组编辑应用正处于

    高速发展期。

    在癌症治疗领域，基因组编辑同样能够发挥重要作用。人类拥有超

    过两万种基因，利用基因组编辑技术，研究者能逐一考察每一个基因的

    功能，从而了解其中哪些基因与癌症病变密切相关。迄今为止，我们一

    直使用相同的药物来治疗各种不同的癌症。而今后，我们希望能够根据

    不同的癌症所涉及基因的不同，为每位患者分别开发出对症的药物。

    在我们iPS细胞研究所，同样有不少研究者已经开始将基因组编辑

    技术引入研究工作之中。以下将简单介绍为了治疗肌营养不良症(又称

    为肌肉萎缩症，muscular dystrophy)而进行的研究，这一疾病由基因异

    常所引起，症状是全身肌肉逐渐丧失力量。

    首先，研究人员利用患者的体细胞制造出iPS细胞(诱导多能干细

    胞，induced pluripotent stem cells)，该iPS细胞同样存在基因异常。然

    后，我们利用基因组编辑，成功地在iPS细胞阶段对该异常基因进行修

    复。iPS细胞具有近乎无限的增殖能力，因此可对已完成基因异常修复

    的iPS细胞进行大量复制。而后，以这些iPS细胞为基础制造肌肉细胞的

    步骤也获得了成功。接下来的研究目标，则是如何将这些已经修复了基

    因异常的肌肉细胞移植回患者体内。为了实现这种结合了基因组编辑与

    iPS细胞的细胞移植疗法，研究者们正在全力以赴地工作。该事例在本

    书中将有详细介绍。

    除了肌肉之外，在血液疾病的治疗领域中同样有可能用到基因组编

    辑技术。有大量患者因为某个基因的异常而无法生成血细胞。制造出源

    自这些患者的iPS细胞，然后利用基因组编辑对其中的异常基因进行修复，最后将iPS细胞大量转化为血细胞并输回给患者。诸如此类的研究

    也正在如火如荼地进行。

    基因组编辑是一种不逊于iPS细胞的技术，是一种拥有广阔前景的

    技术。

    然而，无论什么科学技术，都有利弊两面，或许这就是所谓的“双

    刃剑”。对于基因组编辑这项伟大的技术，若我们专注发展其有利的一

    面，应该能让人类的生活越来越幸福；然而，若放任其有害的一面发

    展，则人类必将陷入悔不当初的境地。

    改写人类的设计图谱，这在5年前还被当作科幻故事，如今却已成

    为可能。然而，我们究竟该如何利用这项崭新的技术？仅仅依靠科学家

    是不足以回答这个问题的。我认为有必要对此展开一场广泛的讨论，让

    除了科学家之外的生命伦理学研究者以及普通民众都参与进来。前言

    2015年7月30日，NHK(日本放送协会)电视台的新闻栏目

    《Close‐Up现代》播出了一期以基因组编辑为题材的节目——《改

    造“生命”的新技术——基因组编辑最前线》。本书由当时的采访兼制作

    团队执笔而成。

    我们最早产生把基因组编辑作为话题的想法，是在刚刚迈入2014年

    的时候，那时恰恰是标志着基因组编辑取得重大突破的“CRISPR‐Cas

    9”技术的论文发表后约一年。作为刚诞生不久的尖端科技，业界对基因

    组编辑的评价褒贬尚无定论。因此，我们必须先对这项技术将来是否具

    备报道价值做出预判，然后才能决定是否要展开深入采访。而要做出准

    确的预判，显然并不是件容易的事。

    我一直在日本文部科学省和农林水产省的记者俱乐部负责科学方面

    的专业采访。节目制作期间，我在京都放送局担任新闻主管，负责采访

    指挥，每天都会从分管记者那里接收到京都大学发布的新闻稿，于是天

    天都有伟大的研究成果被传送到记者俱乐部，其中亦不乏“世界首次”的

    新发现。然而，并非所有的“世界首次”都具有新闻价值。倘若某项研究

    成果并不会对人类生活产生影响，也无法引发话题热议，那么就没有必

    要向社会广而告之了。

    2014年2月，有一篇新闻稿引起了我的注意。稿件中称，研究者成

    功地使用基因组编辑这一最新技术改变了小白鼠的毛色。这既不是“新

    发现”，也不属于“世界首次”，说白了只不过是对已有成果的“确认”，真是相当平实的新闻稿，自然被别人判断为“缺乏新闻价值”。然而，我

    却直觉地感到“有什么新的变化正在发生”，于是指示分管记者继续跟进采访并及时汇报。

    自此之后，我陆续又接收到多条关于基因组编辑的信息。无论在哪

    个领域，都有越来越多的研究开始应用基因组编辑技术，甚至传出了它

    有可能获得诺贝尔奖的传闻。种种消息都让我切身感受到了研究者对该

    技术的热衷。

    据悉，在植物育种学领域，研究者们甚至已经展开了一场关于该如

    何对待基因组编辑的讨论。对于此类不留痕迹的基因操作技术，研究者

    们似乎在期待的同时也夹杂着担忧。于是我渐渐开始确信，这项技术将

    成为数十年难遇的重大发现，它已经推开了一扇通往全新世界的大门。

    我并非研究者，却也曾为此兴奋得一个劲地在房间里来回踱步。

    但与此同时，人类却不得不直面迄今为止从未面临过的重大问题，这样的局面令我感到惶恐不安。人类终于能够对各种生物的基本设计图

    谱——基因——进行编辑，这岂不是彻底改变了人与自然之间的关系？

    我们已经迈入了一个能够通过改变人类基因来对人类自身进行操作的时

    代了吗？

    我简单调查了一下媒体通常是如何对基因组编辑进行报道的，结果

    发现，在科学专业杂志或新闻科技版上，这类报道往往只占据了寥寥数

    行，而以普通人为受众的信息宣传更是几乎为零，完全不为人所知。

    基因组编辑技术毫无疑问将会对社会产生重大影响，但它在推动技

    术革新的同时却又是如此默默无闻。一种使命感在我心中油然而生：我

    们应该进行一次深入的采访，以便这项技术被世人正确地接纳。

    2014年12月，我们首先在日本关西地区播出了一期25分钟的节目。

    该节目以“基因组编辑将改变世界”为题，邀请到了广岛大学的山本卓教

    授来到演播厅参加录制，本书也在卷末刊载了对他的采访。这期节目揭示了基因组编辑技术所潜藏的为人类做出巨大贡献的可能性，同时也敲

    响了警钟，宣告人类从此进入了能够改变自身受精卵基因的时代。未曾

    想到，仅仅5个月之后，就有中国的大学发表了对人类受精卵的基因进

    行编辑的论文，引发了轰动。

    2015年7月的《Close‐Up现代》节目播出之后，2016年1、2月间，学术期刊Science将基因组编辑技术评选为年度十大科学突破之首，将其

    视作最能体现科学界发展和成果的代表。如今，作为最有力的诺贝尔奖

    候选项目，“基因组编辑”这一词语已经成为媒体的宠儿，渐渐广为人

    知。可以预见，今后关于基因组编辑的讨论必然会越来越热烈。

    本书是一篇纪实报告，目的在于阐明这项令人震惊的技术的概况以

    及它对我们生活的影响。书中以同等的态度对待基因组编辑的利弊两

    面，以免助长不必要的焦虑与恐慌。身为执笔人，我的初衷是通过传达

    这项技术的真相，为其被社会接纳奠定基础。

    本书的结构如下：首先，为了通俗易懂地说明基因组编辑到底是一

    种什么样的技术，介绍了京都大学等研究团队所开展的增加真鲷肌肉量

    的研究(第一章)。其次，通过将这项技术与基因重组等基因工程学的

    现有技术进行对比，解说其工作方式，概览基因组编辑技术所带来的冲

    击(第二章)。然后，以实地采访为基础，揭示基因组编辑技术广为人

    知的契机——第三代CRISPR‐Cas 9——在美国的普及状态和原因(第

    三章)。

    接下来，为了探讨基因组编辑用于品种改良和医疗领域的可能性，我们对各国的研究开发现状进行了汇总(第四章、第五章)。最后，整

    理了该技术存在的问题和我们应当知晓的论点，对基因组编辑席卷日本

    的现状，以及对我们日常生活息息相关的具体影响做了一个总结(第六

    章)。为了撰写本书，我们还对节目制作时获得的种种消息分别进行了追

    加采访，以求尽可能地确保信息的及时性。

    我认为，书中所描绘的基因组编辑的可能性及其未来图景，绝非荒

    唐无稽。今后，一定还会有各种远超我们想象的利用方法被不断创造出

    来。总有一天我们会开始回顾，世界的面貌和人类的价值观都因基因组

    编辑及其衍生技术而发生了怎样的改变。希望在未来的教科书里，基因

    组编辑能被写入历史，成为人类发展与历史的伟大里程碑。不仅如此，对于研究者们是如何当机立断地肩负起责任和使命，消灭本书中所指出

    的种种隐患的，希望也能被一同记录下来。到那时，基因组编辑作为研

    究者与全社会齐心协力成就的伟业，一定会被铭刻在科学史之中。

    我们所制作的节目以及本书，如果能在其中略尽一份绵薄之力，将

    是无上的荣幸。

    N HK广岛放送局新闻主管 松永道隆第一章 生物已经开始改变

    “好像有一种叫作基因组编辑的划时代技术，我们要不要去采访一

    下呢？”

    那是2014年9月，某个忙碌于节目编辑工作的不眠之夜，新闻主管

    忽然在我们小憩聊天时说了这么一句话。当时，经京都放送局专门负责

    科学领域的新闻主管牵头，我们组建了一支由N HK京都放送局和大阪

    放送局的记者、制作人以及导演组成的采访组，并以这个阵容制作了多

    期报道最新科学成果的节目。从京都放送局到山中伸弥教授任所长的京

    都大学iPS细胞研究所只有十分钟车程，借助这个地利，我们平时就经

    常围绕iPS细胞研究等生命科学领域的话题进行采访。但即便如此，大

    家对“基因组编辑”这一技术却依然感到陌生。

    归根到底，所谓的“基因组”到底是什么？

    我们就从这一点开始说起吧。

    在我们的细胞之中存在着“基因”，正是它决定着“我”这个人类

    的“设定”——个子是高是矮，发色是黑是黄……通常而言，来自双亲的

    遗传信息在继承时经过完美融合，才形成了“我”这样一个人，这是不受

    个人喜好控制的“命中注定”。因此，就算我们再怎么渴望“变成像某某

    明星那样的美女”，也不可能一夜之间变美。

    不止是人类，其他生物如狗、金枪鱼、土豆等，也都是基于继

    承“双亲”的遗传信息而形成的。说白了，所谓基因，就是一本用于制造

    我们人类个体的说明书，而某个生物所拥有的全部遗传信息则被称为“基因组”。这也就意味着，基因组通常是不可能发生改变的。然而，基因组编辑这一技术，居然能够通过对基因组进行“编辑”，从而“改变

    基因所记载的信息”。不仅如此，如今似乎已经产生了纯粹依靠编辑基

    因信息而诞生的生物……

    听到“改变基因所记载的信息”这句话，最先浮现在脑海中的应该就

    是“基因重组技术”[1]

    吧。在超市的食品生鲜区，我们也经常能看到写

    着“基因重组食品”[2]

    的标签。

    于是我向主管请教，基因组编辑和基因重组两者有什么不同，却没

    有获得明确的答案。当然，区别肯定是有的，主管再三强调，基因组编

    辑“据说真的是很厉害的技术”，“采访绝对会很有意思，放眼全世界，也还没有几家媒体意识到这项技术的革命性”。

    的确，基因重组这个词很耳熟，但我们数得出来的也就只有大豆和

    玉米，那么基因组编辑是否仅能惠及其他食物？它能够作为基因重组的

    替代技术，这本身就已极具分量，那么这项技术可否进一步应用于人类

    呢？

    在我眼前，有一位做视频的编辑正忙着对VTR录像进行剪切粘贴，这是字面意义所言的“编辑”。那么，对生物的基因也能像对录像带这样

    简单地进行编辑吗？对于这个疑问，如果答案确实是“可能”，那么，我

    们的未来毫无疑问将会因此而产生巨大的变化。在了解科学领域时，人

    们往往会因为难以看透某项研究所蕴藏的潜力而深切地感受到“伟

    大”与“可怕”的一体两面性。采访，正是揭示个中真相的最佳捷径。我

    们就此开始了针对基因组编辑的探访。不存在于自然界的荷兰乳牛

    2014年秋天，我们的第一位采访对象是京都大学研究生院农学研究

    科的木下政人助教。木下助教的小组在农学研究科之中具体的研究方向

    是“应用生物科学”和“海洋生物功能学”。他的实验室能把青鳉

    (medaka)等鱼类改造成研究用的实验动物。

    实验室位于农学部研究大楼的五楼，在一间大房间中，数名学生正

    在操作电脑。作为专门研究海洋生物的实验室，屋内还安置了一个游动

    着各种鱼类的大水槽。我向附近的学生打了声招呼，随即被引荐到了木

    下助教位于里间的研究室。

    木下助教身着粗犷的衬衣和牛仔裤，笑着出来迎接我。在他办公桌

    边的书架上，书籍一直堆到了天花板。其中有一本书的封面上印

    着“Medaka”的单词，他告诉我说，最近日语的“メダカ”(发音为

    medaka，即青鳉)已经逐渐变成世界通用的词语。青鳉的染色体和人类

    一样，都是XY型，而且几乎每天都会产卵，所以作为实验动物很有价

    值。再加上它的卵膜是透明的，便于观察生长过程，饲养方法也很简

    单，可以说优点颇多。

    木下助教目前研究的是如何运用基因组编辑技术对鱼类进行品种改

    良。通过这种方法到底能培育出什么样的鱼类，另外，基因组编辑到底

    是一种什么样的技术呢？

    “对生物品种改良而言，基因组编辑是一项极具革命性的技术。”

    木下助教以奶牛为例进行了说明。我们每天喝的牛奶都来自“荷兰

    乳牛”(Holstein)这一牛种。众所周知，荷兰乳牛体形巨大，反应迟

    钝，性情温和，乳房十分发达，为我们生产了大量的牛奶，是一个伟大的牛种。

    然而，身体下方垂着那么大的乳房，荷兰乳牛在理论上绝不可能从

    奔跑速度极快的肉食动物嘴下逃生。那么，它是如何从自然界残酷的生

    存竞争之中胜出的？其实这个疑问并不难解答——所谓荷兰乳牛，在自

    然界中原本并不存在。那么，它是如何诞生的呢？

    最开始，人类对野生牛种进行“家畜驯化”，把牛饲养在围栏之中，让产奶量高的牛相互交配。经过漫长岁月的重复交配，终于诞生了荷兰

    乳牛这一理想的奶牛品种。

    不止是奶牛，许多以稳定食物供给为目的的生物品种都是经过类似

    的重复交配而获得的，比如结穗多的水稻、精肉产出比例高的牲猪。除

    此之外，犬类的品种也相当繁多，外表、性情、体格以及毛色的区别，都是各种各样的犬只经过杂交而形成的。然而，若是创造新品种，则必

    须经过数百年的漫长岁月。这还是在杂交顺利的情况下，实际上，我们

    不一定在每次杂交中都能获得符合预期的品种。基因重组技术的诞生

    那么，能不能想办法在较短的时间内改良出理想的品种呢？一种方

    法就是直接在该生物的基因上“动手脚”。

    比如，大米是日本人的主食。除了开发能结出更多稻谷的水稻之

    外，科学家也进行过各种其他尝试，其中一种手段就是使用突变原

    (mutagen，化学物质或放射性物质)改变部分基因。据说通过这种方

    法，科学家曾创造出剩饭在放冷后也不会变硬的水稻品种。

    又比如，为了增大人工养殖的牡蛎的体型，研究人员在卵的阶段降

    低温度或施加压力，增加染色体条数。染色体条数的增加会导致生殖器

    官的生长停滞，卵巢或精巢萎缩，而节省下来的能量则会被用于增大体

    型。

    如此，在各种技术的反复试错之后，诞生的新技术就是基因重组。

    基因重组指的是通过引入外部的其他基因(外源基因)来改变生物性

    状，例如在动物的基因中引入植物基因。通过这项技术，可以把不同生

    物的基因混合在一起。最近，除了基因重组的大豆和玉米之外，用基因

    重组技术培育的早熟鲑鱼已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准上

    市。

    然而在进行品种改良时，就算采用了突变原和基因重组技术，时间

    仍是个大问题。比如，我们要利用突变原破坏某个特定基因，让它无法

    起作用。在这种情况下，如果单纯只使用突变原，在数量上万的庞大基

    因之中，我们根本无法预测遭到破坏的会是哪个部分的基因，想要破坏

    目标基因，只能依靠偶然。而且在绝大多数情况下，遭到破坏的都是非

    目标基因，所以研究者们只能不断重复相同的实验。就算利用基因重组技术，研究者也同样只能在成千上万次的重复实

    验中静待符合预期的情况出现，观察目标基因是否开始工作。除此之

    外，别无他法。但在当今时代，研究者们的共同心声是难以忍受如此漫

    长的实验过程。我们经常在各种采访中听到基层的研究人员抱怨科研经

    费的申请越来越困难。把数百年的时耗缩短至几年

    “这种局面之下，新出现的技术就是基因组编辑。它与以往的技术

    相比，效率非常高。”

    话题终于回到了基因组编辑技术上。所谓基因组编辑，简而言之，就是一种“能以迄今为止从未达到的准确率，破坏指定基因”的技术。

    生物的基因中含有名为“碱基”的物质，它分为四种类型，通过相互

    组合来承载信息；细胞中则含有能与碱基相结合的物质。基因组编辑技

    术就是利用了该物质的这种性质，把能与待编辑基因相结合的物质传递

    到细胞内，令其与目标基因相结合。

    上述被传递到细胞内的物质，还会与另一种能切断基因、起到“剪

    刀”作用的物质连接到一起。一旦这一物质与待编辑基因进行了结

    合，“剪刀”就发挥作用，将基因切断。基因被切断的过程即为其破坏机

    制，有“TALEN”和“CRISPR‐Cas 9”等多种手段可以实现。

    与施加作为突变原的化学物质相比，通过这种方法的确能够更准确

    地破坏基因。比起只能依赖偶然性、根本无法预测实验到底能不能成

    功，这是非常卓越的进步。木下助教还特别强调，与以往相比，新方法

    需要消耗的时间有了根本性的缩短。

    “对于鱼类的改良，如果被动地等待偶然发生，需要花上一百年甚

    至两百年的时间。但如果使用基因组编辑技术，理论上只需要几年就够

    了。”

    等待整整一百年，这根本就不切实际。而新技术如果使用顺利的

    话，能将时间缩短到百分之一，把不可能变为可能。用“极大地提高效率”已不足以形容其突破性，这根本就是另一个层次的技术了!控制肌肉含量的基因

    话说回来，使用这个基因组编辑技术，到底能培育出什么样的鱼类

    呢？

    “我们与医学部的老师合作，将各种病症在青鳉身上重现。比如让

    青鳉患上帕金森症，以及通过破坏生成血清素(serotonin，一种神经传

    导物质，被认为具有减轻压力的作用)的基因，培育出患有抑郁症的青

    鳉，这些都属于研究范畴。”

    最近，为了减少哺乳动物作为实验动物的使用量，研究者已经开始

    将重现了病症的鱼类用于解析疾病机理。有好几种病症的重现研究正在

    进行——这一趋势本身就是对基因组编辑潜力的最佳注解。

    “我们正在对真鲷和红鳍东方鲀等品种进行改良。其中针对真鲷的

    研究取得了显著进展。”

    真鲷需要经过3年才能从鱼苗成长为具备繁殖能力的成熟个体，产

    出后代所需的时间过长，这一缺陷大大阻碍了真鲷养殖产业的发展。对

    此，研究组正在进行研究，希望培育出成长更快速的真鲷。准确地说，是在幼时就具备生殖能力的真鲷。

    “我们希望能把通常需要3年的成长期，缩短到6个月左右。”

    单纯从数字上看，就是要让真鲷以6倍的速度繁殖。研究所还针对

    真鲷进行了另一项研究，希望培育出肌肉含量更高的壮硕的真鲷。1000

    克重的真鲷，可食用肉量只有不足400克，这是因为现在的真鲷体型不

    够理想，它的内脏和鱼头所占的比例过高。

    真鲷属于高档食用鱼。如果能让它的鱼身部分长得更大一些，对于消费者和从事水产养殖的生产者而言，会是个好消息。

    对此，木下助教等人将目光投向了某种基因——肌抑素。人们通常

    所知的肌抑素是一种抑制肌肉成长的蛋白质(基因的名称和蛋白质相

    同)，其作用是防止体内肌肉过度生长，保持适度的肌肉量。一旦肌抑

    素停止工作，肌细胞的数量就会增加，且每个细胞都会不断增大，身体

    将发育得超过正常体型。在人类之中，也有所谓的“肌抑素相关肌肉肥

    大”(myostatin‐related muscle hypertrophy)症状，全世界经确诊的共

    有100人左右。研究表明，这种体质的人，肌肉量约为普通人的1.5到2

    倍。

    木下助教等人认为，只要人为抑制肌抑素的功能，应该就能培育出

    体内肌肉含量相对增加、产肉量高的真鲷了。为此，只要将含肌抑素的

    基因破坏掉就行。据悉，在其他实验室中已经有这样的真鲷诞生了。虽

    然目前还只是幼鱼，尚且看不出太明显的变化，但木下助教告诉我们，在此基础上的直接目标是将真鲷的肌肉含量提高到1.5倍左右。这已经

    是非常不错的成果了。

    “肌肉含量一旦增加，鱼就会显得胖或者变得肥厚。在日本，人们

    习惯于将真鲷连头带尾食用，所以在装盘时，哪怕鱼的形状略显怪异，都有可能遭到消费者的抵制。但如果做成刺身，应该就能充分利用这项

    研究成果了。”

    暂且抛开接受过基因组编辑的鱼类能否获得消费者认可这个问题不

    谈，只作为刺身的话，即使外形不那么好看，真鲷就是真鲷，那么有更

    多的可食用肉量，必然是更好的。

    迄今为止的食用鱼类，要么是通过捕捞获得的自然产品，要么是把

    自然鱼类放到基地养殖生产。就像驯养家畜那样，渐渐培育出符合需求

    的品种进行养殖，并最终形成兴旺的水产养殖业。或许，我们正在逐渐掌握控制自然生态系统的能力。人类莫非正在

    踏足所谓的“神之领域”？

    于是我们向木下助教提出了这个问题——基因组编辑，是否会改变

    世界？

    “当然会。基因组编辑本身是经过了多年研究才得以实现的技术，但也有赖于研究者对其进行了至关重要的改进，令它易于操作，才让它

    最终实现普及，那位研究者恐怕能获得诺贝尔奖吧。对我们研究人员而

    言，基因组编辑技术的意义就是如此重大。”

    仅仅依靠想象是无法理解这项技术的本质的。于是，我们决定到木

    下助教饲养真鲷的近畿大学水产研究所进行采访。眼见为实，这是第一

    步。在水槽中养殖真鲷

    2014年10月，我们驱车前往和歌山近畿大学的水产研究所白滨实验

    室，我们想要一见的真鲷就饲养在那里。近畿大学一直以来都致力于发

    展鱼类养殖，尤其是以金枪鱼的人工养殖而闻名，他们成功地实现了在

    人工设施中从鱼卵到成鱼的完全养殖。2013年，大阪和东京相继出现了

    能吃到来自近畿大学的金枪鱼的餐厅，据说相当受欢迎。

    其实，真鲷和金枪鱼一样，都是近畿大学的研究对象，其研究历史

    甚至可以追溯到50年前，也就是20世纪60年代前期。多年以来，近畿大

    学一直在进行加快真鲷成长速度的开发。人工养殖真鲷的出货尺寸通常

    为每尾重约1～2千克，但自然环境下的真鲷长到这个大小需要花费将近

    3年的时间。近畿大学选择生长较快的个体进行交配，成功获得了能在

    一年半之内能长到1千克左右的鱼苗。木下助教解释道，或许正是因为

    长得快，所以近畿大学的真鲷达到性成熟(特指动物能进行繁殖的状

    态)的时间也较短，适合用于实验。

    离研究所越来越近，大海的景观也逐渐增多。加之天气很好，一路

    上颇有几分旅游的气氛。视野之中出现了棕色的砖石建筑，水产研究所

    白滨实验室到了。建筑物的正前方就是一片广阔的洋面，作为研究海洋

    生物的基地，这也是理所当然的规划吧。

    陪同我们进行采访的京都大学木下助教及其研究所的成员已经到

    达。寒暄之后，从建筑物内走出来一位高个子的男士，他是和木下助教

    共同进行研究的近畿大学的家户敬太郎教授。人员到齐之后，大家立刻

    前往饲养真鲷的基地。肌肉含量超高的真鲷到底长什么样呢？

    在前进数百米之后，沿着斜坡修建的建筑物映入了眼帘。建筑物的

    风格出乎意料地简约。踏进入口便是一连串阶梯，两侧还排列着许多水槽，里面饲养着各种鱼类。走上阶梯进入最里面，有一排高约一米的水

    槽整齐地排列着，许多真鲷在其中局促地游来游去。

    “并不是所有的鱼都接受过基因组编辑。(接受过基因组编辑的)

    只有这个水槽里的小家伙和那个水槽里的小家伙。”

    我们小心翼翼地靠近了他所指的水槽，观察里面游弋的真鲷。与普

    通真鲷相比，并不能看出它们在体型上有什么差异。

    “它们是今年春天才刚孵出来的，还只是小鱼仔。所以光凭肉眼确

    实看不出太大差别……”

    这些真鲷诞生于2014年5月，也就是采访前的半年左右。在受精卵

    阶段，鱼卵中被注入了用于进行基因组编辑的CRISPR‐Cas 9这一物

    质。顺利的话，这些真鲷抑制肌肉生长的肌抑素会被破坏，从而获得比

    普通真鲷更发达的肌肉。

    ■向真鲷的受精卵中注入CRISPR‐Cas 9，进行基因组编辑(照片来源：京都大学研究生院农学研究科木下政人助教)鱼到底有没有变大

    不过目前看来，这些鱼似乎并没有长出多少肌肉，大概因为还是小

    鱼吧，所以体型较小。今天，研究人员需要进行两项工作：先往每一尾

    鱼的体内埋入用于个体区分的标签，然后从其尾鳍的尖端切下一小部分

    尾鳍。切下来的尾鳍将在明天用来考察基因组的变化，通过对其进行分

    析，可以确认肌抑素是否真的已经被破坏。

    这些工作是由京都大学和近畿大学的一个联合小组完成的。真鲷被

    一股脑儿地倒进放了麻醉剂的水槽中，当所有真鲷都转移完毕后，再把

    这个水槽里的水抽走，以便捞取。这些真鲷密密麻麻地挤在水槽底部仅

    剩的一层水中，大概是因为麻醉剂的效果，原本很精神的真鲷逐渐变得

    安静。学生们用装着长柄的网兜把鱼捞上来。

    其中也有回过神来在网兜内横冲直撞的真鲷，年纪虽小却很精神

    呢。捞上来的真鲷被直接放置到操作台上，家户教授先测量它们的体

    长，然后用专门的机器在其腹部埋入标签。

    学生们熟练地读取体长数据，然后切取尾鳍，最后将被切取了尾鳍

    的真鲷再次放回水中。果然，这些鱼横看竖看也看不出有经过基因组编

    辑的痕迹。我忍不住跑去询问木下助教：“这些鱼要等到什么时候才能

    长大？它们现在的体型根本没什么变化啊。”

    木下助教给出的回答是，出生后一年左右应该就能看出区别了。我

    们脑中想象的画面是真鲷全身整体变大，但其实，肌抑素遭到破坏并不

    会改变体长，只会导致肌细胞的数量增加，同时每个细胞的体积也会增

    大。所以实际上的效果应该是只有鱼身变得肥圆。

    我们再次对真鲷进行了仔细的观察，但还是丝毫没有发现这些鱼有变胖的迹象。在科学领域进行采访的时候，哪怕亲眼看到被称作“世纪

    大发现”的成果，外行人往往也只会觉得“看不出有什么区别，没什么了

    不起的嘛”。这一次，我也不由得怀抱着不切实际的期待，总觉得刚出

    生没多久的真鲷应该就能看出体型差异。

    然而，实际情况并没有这么简单。科学研究永远是一步一步突破至

    下个阶段的。如果拿最开始的状况与最终的结果相对比，必然能感觉到

    成果斐然；但若将目光投向过程中的相邻阶段，则难以分辨出明显的不

    同。因此，每当我目击这样的现实，都会再次叹服于由无数微小成果累

    积而成的所谓科学发展的伟力。

    对于真鲷的研究恐怕亦是如此。接受了基因组编辑的第一代真鲷的

    外观，或许与普通真鲷没什么差别。但经过一代代交配，就有可能出现

    肉眼可见的区别。那么，我们在这次采访期间是否有机会见识到显而易

    见的成果呢？对此，我的心中仍留有一丝期待。

    无论如何，只要对今天采取的尾鳍进行分析，就能判明肌抑素是否

    已被破坏。从现阶段开始密切跟踪这项研究，我们应该就能逐步厘清基

    因组编辑技术的整体概念及其发展潜力了。因此，我们对接下来的采访

    寄予了厚望。瞬间就能完成的基因组编辑操作

    说起来，所谓“对鱼类受精卵进行基因组编辑”到底具体是怎么操作

    的呢？第二天，我们决定拍摄基因组编辑的工作状态。木下助教为拍摄

    所准备的是青鳉受精卵——青鳉几乎每天清晨都会产卵，操作所使用的

    就是当天清晨采取到的受精卵。

    “研究中最常使用的，应该是青鳉和斑马鱼了。”

    木下助教把我们带到密密麻麻摆满了水槽的实验室，其中游着的鱼

    大多是青鳉。乍一看，这些青鳉都很普通，但其实它们全都接受过不同

    类型的基因组编辑。目前，研究者正在观察这些个体分别会发生什么样

    的变化。雌鱼和雄鱼总是被成对放入水槽，每天早晨雌鱼产卵受精后，木下助教再把小小的新鲜受精卵块从水槽中采取出来。

    “我们一直都是在这儿进行基因组编辑的。”木下助教带我们到另一

    个小房间，然后他小心翼翼地向一台显微镜内观察，开始进行操作。他

    向青鳉受精卵内注入用于进行基因组编辑、切断特定基因的物质。这种

    物质叫作CRISPR‐Cas 9，平时冷冻保存于试管之中，仅在使用时解冻

    出少量液体。

    操作过程出奇简单——用一种玻璃制成的极细的针头将透明的青鳉

    卵刺破，然后通过针头将CRISPR‐Cas 9注入卵中，仅此而已，短短几

    分钟时间就能完成。

    操纵生物基因的过程竟然如此简单，简直太惊人了!至于操作是否

    成功，则要等到被当成操作对象的生物诞生后才能知晓。■正在对青鳉的受精卵进行基因组编辑操作的木下助教基因分析的结果

    当天，木下助教还给我们看了前一天所拍摄的真鲷的尾鳍基因分析

    的结果。结果显示——目标基因被破坏的真鲷占全部的50%左右。

    “比预计的要少啊。”

    研究组原本也没指望基因组编辑的准确率能达到百分之百。

    在我们看来，往受精卵中注入基因组编辑物质的操作十分简单，但

    其实也是有讲究的——CRISPR‐Cas 9的注入必须早于受精卵的分裂。

    鱼卵一旦受精，很快就会开始分裂。从最开始只有一个细胞，逐渐分裂

    成2个、4个、8个……所以，研究人员必须赶在最初的单细胞阶段就完

    成基因组编辑才行。倘若基因组编辑是在两个细胞的阶段才完成的，那

    么就只有其中一个细胞能接受基因组编辑，而另一个细胞必然无法接受

    操作。我们可以简单地想象成有半边身体经过了基因组编辑，而另外半

    边则没有。如此一来，就可能导致十分微妙的状态，比如以斑驳的状态

    呈现基因组编辑的结果。

    即使赶在卵细胞开始分裂之前，也就是在单细胞受精卵的状态下进

    行基因组编辑，也无法确保基因一定能被改变。这是因为基因存在于染

    色体之中，染色体以两条为一组，很可能只有其中一条成功接受了基因

    组编辑。不过，就算只有一条染色体接受了基因组编辑，这条鱼还是有

    可能与另一条同样只有一条染色体接受了基因组编辑的鱼交配，并孕育

    出两条染色体均接受了基因组编辑的后代。

    在实地参观了对鱼类进行基因组编辑的工作现场之后，我们意识

    到，基因组编辑技术仍然处于不断发展完善的过程之中。变成了1.5倍

    到了第二年，也就是2015年春天的时候，接受过基因组编辑的真鲷

    差不多要满一周岁了。我们再次与木下助教取得了联系。“它们真的都

    长得很大了哦!整个背部都鼓起来了。”就算隔着电话，我们也能感受

    到对方的兴奋之情。

    第二天，我们收到了木下助教寄来的真鲷照片。照片中，接受过基

    因组编辑的真鲷与普通真鲷以头部齐平的方式，上下并排横向摆放。与

    普通真鲷相比，它们背部附近确实厚厚地鼓起，腹部也隐约可见膨胀。

    我们再次前往位于和歌山县白滨町的近畿大学水产研究所白滨实验

    室。当天的工作计划是测定真鲷的体重。来到实验室，我们一眼就看到

    真鲷们正精神十足地游来游去，当时的鱼仔已经长得相当大了。

    经过上次的操作，真鲷体内都已被埋入了标签。根据这些标签，并

    结合之前取自尾鳍的基因组数据，研究者们可以区分出接受了基因组编

    辑的真鲷与普通的真鲷，然后再对比两者的体长、厚度及体重，并拍照

    留存。接受了基因组编辑的真鲷，其“肥胖程度”将会提高。

    和上次一样，研究员先把真鲷倒入加了麻醉剂的水槽中。等麻醉剂

    开始发挥作用，真鲷都变得老实之后，近畿大学的家户教授就用网兜将

    其捕捞出来，横向放置到专门用于称量体重的工作台上，由研究员读出

    体重数据。

    首先测量的是并未接受基因组编辑的真鲷的体

    重。“302.5”“347.0”……貌似300克出头就是这个阶段的真鲷的标准重量

    了。接下来是经过了基因组编辑的真

    鲷：“364.9”“388.1”“450.6”“527.6”……它们确实都比普通真鲷要重。读取数据的学生也时不时发

    出“哇”“厉害了”的惊呼。当被问及“是否预测到了这种程度的结果”之

    时，对方回答道：“没有啊，虽然从外观来看确实变大了，但我们完全

    没想到差距能大到这种程度，有点儿惊讶呢。”现场的所有人都很兴

    奋。

    外表区别最明显之处在于腹部的两侧。经过了基因组编辑的真鲷肚

    皮周围更肥大，横向摆放下的视觉对比十分显著。经过了基因组编辑的

    真鲷在背部有显著的隆起，和普通真鲷相比，明显给人“胖了一圈”的感

    觉。无论是体重水平还是外表，都约为普通真鲷的1.5倍。

    ■照片上方是经过基因组编辑的真鲷，与下方的普通真鲷相比，明显偏大

    (照片来源：京都大学研究生院农学研究科木下政人助教)全新的真鲷

    “这一次就明显给人很壮实的感觉了。当初我还以为必须繁殖到下

    一代，肌抑素被破坏的效果才能显现出来呢。利用基因组编辑，居然在

    第一代就能得到结果，真是太惊人了，效果完全超出预期。”

    根据木下助教的介绍，鱼类是从生到死会持续长大的生物。那么从

    今往后，这些真鲷还能进一步长大到什么程度，最终又会显现出多大的

    体型差距？又及，现在已是2016年5月，第一世代真鲷的生殖功能也已

    具备，研究者们取到了它们的精子和卵子。那么第二世代真鲷还会显现

    出怎样的不同之处？这些都是值得注意的关键点。如果让经过了基因组

    编辑的真鲷相互交配，就有很大的可能性培育出将肌抑素失效这一特性

    进一步强化的个体。目前，木下助教等人的研究组正在制订计划，希望

    能在数年后将这一批出生的产肉量高的真鲷投放市场。

    我们亲眼见证了一种“全新真鲷”的诞生——仅仅是对受精卵进行基

    因组编辑，就能诞生出与亲代具有截然不同特性的后代。

    人类到底该如何接受这一事实？经过长达半年的采访，我们不但深

    深体会到了研究人员的辛苦，同时也对他们的理念感同身受。基因组编

    辑一定能作为对社会有用的技术而被善加利用。但我们在满怀期待的同

    时，却也总怀着一种难以言喻的不安。

    木下助教进一步向我们强调了这项技术的潜力。

    “从前完成一项品种改良，至少也需要10年，有时需要20年甚至50

    年的时间。而采用基因组编辑，像真鲷这样的生物只需要一年就能看到

    效果。只要从理论上搞清楚‘将这个基因这么改变一下就会出现所希望

    的形态或特性’，研究者就能立刻将其转化为现实——这就是基因组编辑最惊人的优势。”

    针对真鲷的研究在短短一年内就获得了喜人的成果。在有过这样的

    经历之后，木下教授对于基因组编辑技术的评价也提高了不少。

    “接下来，我们想要对已经实现人工养殖的河豚，在市场上人气高

    的金枪鱼、褐石斑鱼和石斑鱼等鱼类进行品种改良。在肌肉含量这方

    面，真鲷已经很难再有更大的突破了。不过对于比目鱼这类身体扁平的

    鱼种，通过基因组编辑增加产肉量，应该很快就能实现。”创造“功能鱼”

    通过品种改良，不但可以增加鱼的产肉量，将来很可能连口味和营

    养成分也能改变。

    “我认为，如果能创造出不但美味，而且还有益于人体健康的鱼种

    ——功能鱼，那就再好不过了。和畜肉相比，鱼肉含有更多的DHA(二

    十二碳六烯酸)和EPA(二十碳五烯酸)等多元不饱和脂肪酸，一直以

    来都被认为是有益健康的肉类。那么，我们是不是能创造出可以在体内

    直接合成多元不饱和脂肪酸的鱼种呢？或者能否创造出含有大量维生素

    的鱼种呢？”

    鱼类原本只能从饵料中吸收多元不饱和脂肪酸，然后蓄积在体内，现在，我们希望它们能自主在体内进行合成。木下助教的想象力还真是

    无限。这一设想倘若成真，鱼类很有可能变成膳食补充剂的替代品。

    科学家们只有坚信某项技术伟大到足以改变人类的未来，并决意朝

    着认定的目标前进，才能在经历无数次的失败后依然毫不气馁——我在

    进行科学采访时，脑中常忍不住浮现出这样的念头。针对基因组编辑的

    研究亦是如此。在当下这个有可能爆发全球性食物短缺危机的时代，如

    果能接连不断地开发出新的食物来源，无法想象，这对全人类而言，将

    会是多大的福祉。

    今天诞生的这些真鲷，未来还将面对怎样的命运？我们一定会继续

    关注。第二章 基因组编辑的机制解析

    在我们制作的介绍基因组编辑的节目中，曾以CG(Computer

    Graphics，计算机图形)的形式对其机理进行了解说。俗话说得好，“说

    起来容易做起来难”，仅仅自己理解，与通过节目的播放让观众理解，两者之间存在巨大的鸿沟。到底该如何进行说明，才能解释得通俗易

    懂？

    基因组编辑技术是“能够瞄准某个特定基因，以高于以往数万倍的

    准确率，实打实地破坏目标DNA(也就是令其功能失效)的技术”。

    为了把这个过程用CG表达出来，我们必须对基因组编辑技术进行

    更为深入的了解。因此，我们决定前往广岛大学，向日本最早开始进行

    相关研究的山本卓教授求教。山本教授在百忙之中爽快地答应了我们的

    请求，他挤出时间，从头开始为我们介绍基因组编辑的相关知识。青蛙变白了

    来到广岛大学，山本教授把我们带到了一间屋子里。这间被称

    作“蛙房”的实验室位于广岛大学的综合研究实验楼。明亮的日光灯发出

    刺目的白光，照射着摆放于柜子上的数个水槽。

    水槽中，游动着数只奇异的青蛙。青蛙的背部呈现略偏黄的奶油

    色，真是名副其实的“白蛙”，而它们位于身体上方的两只眼珠则是如同

    红宝石一般的鲜红色。在我们碰到水槽外壁时，这些青蛙大概是感觉到

    了声音和振动，齐刷刷受惊般地游了过来，用鼻尖砰砰地不断撞击起槽

    壁。八字撇开的双腿，还有那懵懂的表情，真是有些可爱。这种白色的

    青蛙叫作非洲爪蟾(Xenopus laevis)，正是基因组编辑技术使其变成了

    白色。■通过基因组编辑诞生的白色非洲爪蟾

    另一个水槽中饲养着变色之前的原色非洲爪蟾。它们的大小、形状

    以及外表看起来都与白蛙一模一样，唯独背部的颜色完全不同——绿色

    的底色上分布着不规则的黑斑，有点像绿色迷彩。它的眼睛是黑色的，只要安静地趴在堆满落叶的池塘底部，就很难被发现。

    山本教授解释道，这些白蛙的体内会生成黑色素的基因已在基因组

    编辑的作用下失效。该基因名为酪氨酸酶(Tyrosinase，同时也是该基

    因所生成的酶的名称)，是生成黑色素必需的基因。酪氨酸酶一旦遭到

    破坏，青蛙就无法生成黑色素，从而变成白色。然而，精准地单单只破

    坏目标基因，这在以往是相当困难的事情。若采用传统的改变基因的技

    术，需要经过成千上万次尝试，然后从中挑选出恰巧只被破坏了酪氨酸

    酶的个体。

    这个过程将耗费研究者难以想象的时间与精力，没有人会真的这么

    做，所以事实上就等于不可能完成的任务。自然界中也会有极其小的概

    率诞生白色个体从而成为新闻，但现实中从未有人看到过白色的青蛙。

    由此可见，这是多么罕见的现象。

    然而，基因组编辑将不可能变成了可能。

    让操作熟练的学生对10个蛙卵进行基因组编辑操作，基本上就能诞

    生10只白色的青蛙。瞄准单一基因进行改动，由此成为可能。目前，山

    本教授等人正以青蛙是否变白为指标，对基因组编辑技术进行改良。白

    蛙已经成为生命科学领域的最新技术——基因组编辑的划时代性的体

    现。

    在广岛大学，山本教授率领的研究组从很早开始就一直在进行基因

    组编辑的研究，是该领域的先行者。山本教授是在2008年初次听闻基因组编辑技术的。从国外的论文上

    见识到基因组编辑这一技术后，山本教授便立刻被其潜力所吸引，同时

    也意识到日本在该领域已远远落于人后，不禁有几分焦急。从此，山本

    教授自费组织研讨会等活动，致力于在日本普及该项技术。

    “在日本，基因组编辑的普及程度和人们对它的了解还远远不够，和其他国家相比十分落后。虽然有很多人想要使用这项技术，但却不懂

    得该如何用，也缺乏教授使用这项技术的场所。立志于普及这项技术的

    几个志愿者团体，不约而同地向其他研究人员发出了邀请。研讨会和讲

    座大半是自发组织的，几乎全凭热爱驱动。”

    对于基因组编辑在日本国内的发展史，山本教授从初期就了如指

    掌，他真是名副其实的先行者之一。对于基因组编辑的机制，山本教授

    结合其发展史，向我们娓娓道来。到底什么是“基因组”

    虽然在第一章里已经介绍过了什么是基因组，不过还是让我们再对

    其进行一次回顾吧。

    我们人类的身体大约由60兆个细胞构成，其中的每一个细胞都具备

    细胞核。而在这个细胞核里，容纳着46条染色体，其中有半数——也就

    是23条——继承自父亲，另外23条则继承自母亲。具体到每一条染色

    体，则呈现为双螺旋结构的“DNA”。DNA是脱氧核糖核酸

    (deoxyribonucleic acid)的缩写，它记录着人体的遗传信息。自从1953

    年DNA的双螺旋结构模型被确立之后，基因研究就进入了飞速发展的时

    期。

    DNA由A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧

    啶)这四种碱基排列而成。其中A与T配对，G与C配对，形成双链

    (double‐stranded)结构。同时，这些碱基的排列顺序所蕴藏的信息就

    是基因。据说，人类所拥有的基因数量在两万个左右。

    而这些DNA所蕴藏的全部基因信息，统称为基因组(genome)。

    这个单词源自基因(gene)和染色体(chromosome)的组合。

    那么，基因的作用是什么呢？基因是蛋白质的设计图。我们的身体

    有一大半由蛋白质构成，无论是人类还是其他哺乳动物，甚至植物，都

    可以说是依赖于蛋白质而存在的。食物的消化过程、细胞之中的各种化

    学反应，都必须有名为酶的蛋白质的参与才能完成。组成身体并执行运

    动机能的肌肉以及各种激素，大多数也是蛋白质。

    因此可以说，基因全面掌控着生物的身体构造及其基本特征。只要

    对基因进行操作，就能改变生物的形态和特征。以往的品种改良

    人类从远古时代起，就一直在进行着品种改良工作，具体表现为把

    植物驯化成作物，把动物驯化成家畜，以强化其对人类有利的特征。这

    种方法要么需要严密规划动植物的交配，要么必须先找到自然产生的突

    变个体。

    随着科学的发展，人类已然知晓基因的基本构造，但实施品种改良

    的基本思路却并未发生大的改变。虽然从只能依靠自然突变，发展成了

    可以使用辐射或化学物质人工促进突变，但本质上仍然是依靠偶然找出

    发生了符合预期变化的个体，然后令其重复交配。■DNA与染色体结构

    日本农林水产省下辖的研究组织——农业、食品产业技术综合研究

    机构(农研机构)，拥有一座被称作“伽玛农场”(Gamma Field)的户

    外实验农场。这座农场位于茨城县常陆大宫市。农场呈圆形，以放置有

    放射性物质“钴60”的塔为中心，半径为100米。里面栽培了各种植物。

    植物在生长过程中时刻接受辐射，以促进突变的发生。这个方法虽然传

    统，但时至今日仍是重要的品种改良手段之一。

    有一种名为“黄金20世纪”的梨，就是从对黑斑病(植物的茎、叶、果实等部位出现黑色斑点的病害)这一病症抵抗力相对较弱的“20世

    纪”梨中选育出来的、耐黑斑病的强化品种。“黄金20世纪”在鸟取县等

    产地大受好评，栽种面积逐年增加。

    然而，“黄金20世纪”的开发耗费了漫长的时光。伽玛农场开始栽种

    这种梨是在1962年；1981年，在感染了黑斑病的植株中找到了未发病的

    树枝，这时距离伽玛农场开始栽种这种梨已经过去了19年；利用这一根

    突变树枝进行重复实验，最终依据《植物新品种保护和种子法》将“黄

    金20世纪”登记为植物新品种，则是在1991年，这时距离开始栽种已经

    过去了29年。如此利用突变进行育种，虽然可以在多个地方同时进行，但不管在哪儿都需要等待漫长的年月，耗费大量的精力。基因重组与基因组编辑

    听到可以操纵基因的技术，大家脑海中最先浮现的一定是基因重组

    吧。根据日本厚生劳动省下发的宣传手册中的定义，所谓基因重组，指

    的是“从生物细胞中提取具备有用性状的基因，组合到植物等生物的细

    胞基因中去，令其获得新的性状”。简而言之，基因重组是一种能“插

    入”跨越生物种属的新基因的技术。它出现于20世纪70年代，在发展中

    逐步应用于实践，取得了诸多成果。

    以前，治疗糖尿病的药物胰岛素只能从猪等动物的心脏内提取，在

    采用了基因重组技术之后，才实现了大规模生产。将人胰岛素的基因组

    合到大肠杆菌或酵母的基因中，然后进行培养，就能大规模制造出人胰

    岛素。这为糖尿病的治疗做出了巨大贡献。

    基因重组也被应用于某些植物的品种改良领域。大家应该都听说过

    具备除草剂抗药性的大豆，以及对害虫有抵抗力的玉米。除了利用病毒

    和细菌之外，也有其他的基因插入方法，比如对于动物，最常用的就是

    将基因直接注入受精卵中。鱼类中也已经诞生了基因重组的品种，其应

    用实例正不断增加。在第一章中已有提及，2015年美国食品药品监督管

    理局批准了通过基因重组的方式促进成长激素分泌，从而实现快速生长

    的大西洋鲑鱼(Salmo salar)的食用养殖与贩卖。

    在日本国内，广为人知的基因重组植物是蓝玫瑰。接下来就以此为

    例，对基因重组和基因组编辑的区别进行说明。

    蓝玫瑰在自然界中原本并不存在。三得利株式会社的研究小组于

    2004年宣布其使用基因重组技术开发蓝玫瑰，并获得了成功。他们将玫

    瑰的基因与三色堇生成蓝色素的基因进行融合，制造出了蓝色的玫瑰。

    但从开始到成功，他们花费了14年时间。据悉，在开发过程中研究人员遇到了各种难题，比如该选择什么基因，该在哪个位置插入。不过，还

    是让我们先把注意力放在基因之间的融合到底有多困难这一点上吧。

    如果把一连串的基因当作排成一列的积木，那么我们首先得搞清

    楚，蓝色的基因该插到哪里。在操作基因重组技术时，想要往细胞中插

    入代表蓝色基因的蓝色积木，很可能受到成列的积木排斥而插不进去，也可能无法瞄准插入点，插到了错误的地方，甚至多插了好几个。整个

    过程不可控，只能大量重复蓝色基因的插入操作，经过几千、几万次的

    尝试，从中挑选出恰巧符合预期的插入结果。也就是说，基因重组仍然

    依赖于偶然性，必须耗费漫长的时间和大量的劳动，并非人人都能做

    到。

    ■基因组编辑与基因重组技术对比

    而能让这个过程精准完成的技术，就是基因组编辑。采用基因组编辑，可以把基因正确地插入所瞄准的位点。同样以积木为例对这个过程

    进行说明。首先，切开基因所瞄准的位点，使其丧失功能；此时，被切

    开的位点就出现了一个间隙，可以趁机将蓝色基因插进去；被切断的基

    因会尝试进行修复，从而与蓝色基因融合到一起。结果就是蓝色基因成

    功实现了插入。

    第一章中介绍过的真鲷以及本章所介绍的白色青蛙，都只经历了特

    定基因被敲除(knock‐out)的过程，而上文中的案例还能引入

    (knock‐in)新的基因。对基因进行剪切粘贴，这项技术确实是名副

    其实的对基因进行“编辑”的技术。如何“对单一基因进行操作”

    在此之前，也曾有过唯一一项能够针对靶点基因进行操作，并获得

    普及的技术诞生，即获得了2007年诺贝尔生理学或医学奖的“基因敲除

    小鼠”。

    为了研究某个基因的功能，需要先将其破坏掉，也就是进行所谓的

    基因敲除，观察会发生什么现象。一直以来，我们利用这种方法解析出

    了很多基因的功能，建立了超过500种病症的小鼠模型。然而，这项技

    术同样存在一大难题：培养“基因敲除小鼠”，是一项需要耗费相当多的

    时间与精力的困难工作，熟练的研究人员也要花半年到一年左右时间才

    能完成。而且就算顺利培养出了“基因敲除小鼠”，也有可能什么变化都

    没能观察到。大学研究生院的硕士生或博士生课程时间通常为两到三

    年，只勉强够培养出一只“基因敲除小鼠”，写完论文。

    而且，想要培养“基因敲除小鼠”，还存在另一项极大的制约——必

    须借助一种特殊的细胞——胚胎干细胞。胚胎干细胞只有在受精卵刚开

    始发育时的某段非常特殊的时期才能提取到，而且只有少数动物——比

    如大鼠和小鼠，才能生成。

    即便如此，依然有许多人在使用这项技术。为本书的撰写做出了巨

    大贡献的京都大学iPS细胞研究所的山中伸弥教授亦是其中一员。如序

    言所述，山中教授在年轻时曾为了学习基因敲除技术而远渡重洋，赴美

    留学，由此可见该技术的魅力之大。因为这曾是唯一能逐个考察每种基

    因功能的技术。

    通过基因敲除技术，我们明白了许多种基因的功能，大大提高了对

    基因的认识水平。然而，因为实验的难度过高，据说有不少研究生在这

    个领域耗费了两三年时间之后却一无所获，无法毕业。基因组编辑是何时出现的

    如果能准确地对基因进行操作，就能更自由地制造出“基因敲除小

    鼠”，甚至还能对除小鼠之外的其他生物实施基因敲除。开发基因组编

    辑技术的过程持续了很多年，这项技术的开发要点在于，如何才能准确

    地击中想要操作的基因。

    大约在20年前，出现了第一代基因组编辑技术——ZFN(锌指核酸

    酶，Zinc Finger Nuclease)。

    上文已经阐述过，生物的基因是利用4种碱基来记载信息的。而在

    细胞里，则存在具有能与特定碱基相结合的蛋白质。ZFN所凭借的就是

    蛋白质的这种特性。

    在使用ZFN时，研究者首先必须针对蛋白质的特定部分(锌指)进

    行分析和设计，使其能与想要编辑的DNA碱基序列相结合，然后制备出

    该锌指蛋白，并将其送入细胞之中。它会从数万基因中找到目标基因，并与之结合。

    在该锌指蛋白上，还设置有另一重关键诀窍——其上连接有能够切

    割基因的限制性内切酶(的一部分)。如此一来，当ZFN与目标基因结

    合时，该内切酶就能发挥类似剪刀的作用，将基因切断，从而使得目标

    基因丧失作用。

    锌指蛋白对碱基的识别以1～3个为一组。比如对于“GAA”这一碱基

    序列，则需选择与其相对应的适当的锌指进行排列。有时单纯依靠排序

    还是难以识别，这取决于成为靶点的碱基的排列方式。总之，想要完成

    与碱基进行结合的蛋白质的制备工作，必须具备极高的知识水平和技术

    能力以及丰富的经验。之后，在2010年左右出现的第二代TALEN(transcription activator‐

    like effector nuclease，转录激活因子样效应物核酸酶)技术实现了相当

    大的突破。每一个碱基都与一个TAL repeat(蛋白)相结合。在熟悉

    TALEN之前确实会感到它难以使用，但其作为能读取基因序列并准确

    切断目标位点的技术，在专家之中逐渐获得了广泛关注。

    确实，已有越来越多的研究人员开始使用TALEN进行研究，而且

    在技术层面也已取得很大进展，如今已经能以更高的效率，在短时间内

    完成使用前的准备工作。TALEN很少会发生误切断非目标DNA序列的

    情况，直到如今，它获得的评价依然很高。

    ■ZFN原理■TALEN原理第三代技术——CRISPR‐Cas 9诞生记

    第三代的CRISPR‐Cas 9，是以发表于2012年的某篇论文为其诞生

    标志的新技术，常被称作“基因魔剪”。正是因为CRISPR‐Cas 9的出

    现，基因组编辑才获得了全球性的普及。

    这篇论文是美国加利福尼亚大学伯克利分校的詹妮弗·杜德娜

    (Jennifer Doudna)博士，以及瑞典于默奥大学(Umea°Universitet)的

    埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)博士的研究组的共同

    成果。她们创造出的CRISPR‐Cas 9与第一代和第二代基因组编辑技术

    有着根本性的不同。

    研究组注意到，细菌具备某种防御病毒入侵的机制。细菌之中存在

    一种名为CRISPR的DNA序列，该序列会在对抗病毒感染时发挥作用，然而，科学家尚不清楚其具体的作用机制。

    CRISPR包含某种颇具特征的重复序列，其中容纳有病毒的部分

    DNA，这是过去曾感染过的病毒的基因片段。当再次遭受到同种病毒的

    感染时，细菌就能以该序列为标记，利用一种名为Cas 9的酶，将病毒

    的DNA切断以防止感染。

    包括我们人类在内的脊椎动物，都拥有免疫系统机制以保护自身。

    大家知道，如果在小时候曾得过麻疹或水痘，那么将来再次感染时症状

    就会减轻，这得益于免疫细胞在感染后记住了病原体特征。疫苗利用的

    就是对病原体的细胞表面特征的记忆作用。接种疫苗之后会发生初次感

    染，于是免疫细胞就记住了这种特征，在发生二次或多次感染时就能快

    速消除病原体。这叫作“获得性免疫”。

    在细菌中发现的“CRISPR”的DNA序列和“Cas 9”的酶能起到类似的作用。只不过，作为标记被记住的是基因的碱基序列。换句话说就是，细菌也具备以基因序列为标记的获得性免疫能力。

    两人的研究组在CRISPR和Cas 9的现有功能的基础上，对其进行了

    易于使用的改进，并展示了将其当作人为切断目标DNA序列的道具来使

    用的方法。换言之，她们证明了它可以成为基因组编辑的工具。许多研

    究者都对该项成果给予了回应。

    其中包括由麻省理工学院(MIT)和哈佛大学共同成立的博劳德研

    究所(Broad Institate)的张锋博士的研究组，他们随即也投入了对

    CRISPR‐Cas 9的应用和改良工作中。研究组确认了CRISPR‐Cas 9亦

    可应用于人类和动物细胞，并对其进行了进一步改良，充分展示了它在

    技术层面的巨大潜力和通用性。自此，对CRISPR‐Cas 9的应用才算

    是“真刀真枪”地开始了。

    此时，距离2012年的论文发表仅仅过去了2年时间，而CRISPR‐

    Cas 9已在全球的各项实验中获得了广泛使用，奠定了其基因组编辑的

    王牌技术的地位。甚至在2015年，还传出了它的发明者有可能成为诺贝

    尔奖有力候选者的消息。能在如此短的时间里获得广泛关注和普及的技

    术真是少之又少。作为刚诞生不久的新技术，CRISPR‐Cas 9至今仍在

    不断完善，不断进化。“向导”和“剪刀”——CRISPR‐Cas 9的机制解析

    基因组编辑大受瞩目，正是在CRISPR‐Cas 9这一技术开发成功之

    后。该技术的特征在于，能以极其简单的方式对基因进行精准操作。

    CRISPR‐Cas 9是由两大要素构成的：其一是以RNA(Ribonudeic

    Acid，核糖核酸)形式存在的被称作“向导RNA”的部分；其二是被称作

    Cas 9的用于切断DNA的酶。

    向导RNA，顾名思义，承担的是向导的工作，它能找出需要作为靶

    点进行切断的是DNA的哪一部分。向导RNA巧妙地利用了RNA的功能

    ——RNA和DNA一样都属于核酸，但却具有不同的功能。DNA主要存

    在于细胞核内，用于保存信息；RNA则承担了对这些情报进行转运，也

    就是誊写的工作。因此，RNA能够以互补的方式与DNA序列相结合。

    RNA由四种碱基：腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)排列而成。每种碱基都能与DNA上相应的碱基相结合。

    DNA的腺嘌呤(A)对应RNA的尿嘧啶(U)；DNA的鸟嘌呤(G)对

    应RNA的胞嘧啶(C)。如此确认结合对象的原则称作“互补配对”。比

    如，RNA引入了腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、尿嘧啶(U)的序列，则它将与序列为胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)的DNA相

    结合。■RNA转运的原理

    CRISPR‐Cas 9正是利用了RNA的这一特性。用图书馆数据库的检

    索功能来打个比方：我们想要阅读某本书，但在庞大的图书馆里，不知

    道这本书存放在哪个书架上，于是我们就要使用数据库的关键词检索功

    能，输入想读的书的标题进行检索，在书海中找到与标题相一致的书的

    存放位置。

    RNA的使用方法与之类似。书的标题相当于由20个碱基排成的序

    列，我们需要从DNA中找到与该序列互补一致的排序。人类的基因组是

    由约30亿对碱基排列而成的，每个细胞中都包含着具有30亿对碱基的

    DNA，所以，需要从中找到与由20个碱基组成的“标题”完全匹配的

    DNA序列。用“找到”这个词，或许会让人感到奇妙，我们可以想象成碱

    基相互之间会朝着完全匹配的结合位点移动。虽然相似的序列之间同样

    存在吸引力，但只要存在吻合度更高的其他位置，碱基就会朝该方向移

    动，最终必然能找到完全匹配的位点。

    向导RNA会与用来切断DNA双链的Cas 9内切酶形成一个复合体。

    该复合体被送入想要进行基因操作的细胞内部，找到目标DNA序列，然后由Cas 9执行对DNA的切断。

    ■CRISPR‐Cas 9原理

    细胞之中的DNA具有在被切断后进行修复的功能。如果任由其修复

    成和原序列相同的序列，则CRISPR‐Cas 9会再次发生作用，重复进行

    切断。因此，必须在反复的“切断—修复”过程中，诱导其发生“修复失

    误”，令原序列中的碱基发生变化。一旦发生变化，CRISPR‐Cas 9就会

    停止切断，而发生过“修复失误”的序列则无法再发挥原本的功能。如此

    一来，就实现了对目标基因的点对点精确破坏(基因敲除)。

    利用这项技术，我们还可以朝瞄准的位点插入新的基因。只要把想

    导入的新DNA片段与CRISPR‐Cas 9一起传递到细胞内，在基因尝试修

    复被切断位点的过程中，该DNA片段就会被捕获。把基因切断，然后连

    接上别的基因，如此这般，就实现了“编辑”。如今，RNA属于非常容易制备的材料。第一代和第二代的基因组编

    辑都是使用蛋白质作为向导的。而第三代CRISPR‐Cas 9则抛弃了蛋白

    质，只需要准备RNA和Cas 9就足够了，因此操作过程与以往相比，简

    单了许多。正是这份简单，成为CRISPR‐Cas 9获得迅速普及的原因。原则上，基因组编辑能应用于所有生物

    以CRISPR‐Cas 9为核心的基因组编辑技术，被认为能应用于所有

    生物。研究人员甚至发现，对细胞和病毒也可以进行基因组编辑。

    对于动物，现已确认除人类、猴子和小鼠等哺乳动物之外，CRISPR‐Cas 9对于真鲷、斑马鱼等鱼类，青蛙等两栖动物以及蟋蟀等

    昆虫同样有效。对于除人类之外的动物，主要是针对受精卵进行基因组

    编辑。

    在受精卵中引入新DNA片段这一操作本身并不复杂。在第一章我们

    已经介绍过如何对青鳉的受精卵进行基因组编辑，这一过程需要用到专

    门用于操作玻璃毛细管的“显微操作器”(micromanipulator)装置。将毛

    细管插入受精卵，然后注入向导RNA和Cas 9，操作非常简单，大学本

    科生也能很快掌握。

    而植物的情况则与动物有所不同(本书将在第四章详述)。植物细

    胞有细胞壁，所以想要将CRISPR‐Cas 9注入细胞内，就会比较困难。

    因此对于植物，必须先用基因重组技术将向导RNA和Cas 9的表达基因

    组合到细菌(载体，即用于导入基因的“搬运工”)之中，再把该细菌注

    入植物细胞内。其中的载体细菌选择的是用于植物基因重组的农杆菌

    (Agrobacterium)。这也是植物基因重组的常规技术方案。被注入的细

    菌会在植物细胞内生成向导RNA和Cas 9。

    接着，CRISPR‐Cas 9会在细胞中发挥作用，改变目标基因。对于

    经过了基因重组的部分，可通过“回交”(backcross)——也就是将其与

    未经基因重组的植株交配的行为——清除掉。虽然有些麻烦，但这就是

    目前对植物进行基因组编辑的通用方法。最近，为了以物理方式突破细胞壁，研究人员可以使用被称作粒子

    枪(particle gun)的装置，将附着了基因组编辑工具的金属微粒打入细

    胞内部。在中国等国家，针对水稻、小麦、大豆以及番茄等作物进行新

    品种开发的工作已经进行得如火如荼。如何才能将基因组编辑工具以更

    为简单的方法运送到细胞内部，已成为植物基因重组领域的重大课题。

    可以预见，一旦克服这个难关，植物基因组编辑技术将再一次发生飞

    跃。

    无论哪种情况，大前提都是必须知晓DNA的碱基序列。换言之，只

    要搞清楚了基因序列，就一定能进行基因组编辑。

    另一方面，该技术也存在尚未解决的问题。基因组编辑在理论上应

    该以目标基因为靶点，但严格说起来，并非所有情况下都能做到只瞄准

    单一基因，常发生被称作“脱靶效应”(off‐target effects)的现象。一

    旦除目标基因之外的其他基因遭到改变，则有可能产生无法预料的影

    响。今后，当该技术被越来越多地应用到医疗领域的时候，或是在讨论

    食品安全问题的时候，脱靶效应将会成为无法回避的问题。采用什么方

    法能减少脱靶效应的发生，也将成为重要的技术改进点。

    尽管还存在这样那样的问题，但可以肯定的是，接受过基因组编辑

    的生物种类正不断增加。生物基因破译技术的快速发展，使其变得简单

    易行且成本不断降低。在大肠杆菌之外，猪牛之类的家畜、作为宠物的

    猫犬，以及极具人气的高价稀有观赏鱼类，越来越多的生物已被纳入工

    业生产体系。除此之外，还有很多以前无法为人类所用的动物，也可借

    助基因组编辑而衍生出新的利用价值。在当今世界，想要获得成功，靠

    的是创意。可以预见，未来必将是对各种生物的DNA解析与基因组编辑

    齐头并进的时代。

    本章对基因组编辑的机制进行了解说。但只看原理，也许会有人觉

    得这项技术不过如此。的确，它的原理很简单，难免会让人觉得“就这么简单的一回事，为什么从前一直没人想到？”

    简单来说，以前没有人想到的理由在于，在细胞之中，一切绝非如

    此简单。单独提取一种酶放到试管里，让它发生作用，在这种情况下确

    实很容易获得符合预期的反应。但在细胞环境下，同时还存在能分解这

    种酶的其他酶、对DNA起修复作用的酶以及会合成或分解RNA的酶。

    就算知道了原理，想要随心所欲地在细胞内进行操作也是相当困难

    的。基因组编辑的开发史，就是一部与之对抗的战斗史。CRISPR和Cas

    9在哺乳动物的细胞内也能有效地发挥作用，但其他几种被称作“Cas家

    族”的相似内切酶，却并非都能在哺乳动物的细胞中完成DNA切断功

    能。不进行实验，就无法预测这种方法是否行得通，细胞中的情况是如

    此复杂，不可能让操作如臂使指。强化基因组编辑应用领域的产业优势

    听完广岛大学山本卓教授对于基因组编辑技术的解说，让我们把话

    题拉回最初。本章一开始就提到，山本教授与基因组编辑技术结缘是在

    2008年，刚好是基因组编辑的第一代技术ZFN技术在国外论文中登场的

    时候。

    当时，山本教授正利用海胆进行细胞构成方面的研究，想要在细胞

    的某个特定位点导入能生成绿色荧光蛋白(GFP)的基因，以便观察。

    但以往的基因重组技术无法精确插入目标位点。

    于是，实验室的成员开始共同探索用于推进研究的必要技术，最后

    找到的答案就是基因组编辑。山本教授等人经历了2年左右的反复实

    验，终于凭借ZFN技术成功破坏了目标基因，并于2010年将成果整理成

    论文发表。

    基因组编辑的第一代ZFN技术普及至今尚不足10年，第二代、第三

    代技术就已陆续出现，并且其跃进式的发展势头仍未显露出减缓的迹

    象。如今，山本教授一边继续研究海胆，一边将精力放在了推动基因组

    编辑这一划时代技术在日本国内的普及和正确运用上。

    “现在已经很少有人知道我是从研究海胆起步的了。”山本教授笑着

    说道。他认为，日本今后在开发自有技术的同时，还将在基因组编辑的

    应用领域充分发挥出自身优势，通过与企业紧密合作，建立起基因组编

    辑的产业优势。CRISPR是日本科学家发现的

    我们已经介绍过了CRISPR‐Cas 9的开发历程。然而，从2012年关

    于CRISPR‐Cas 9的论文发表日往前回溯，早在20多年前，是日本的科

    学家首先发表了一篇论文，记载了对CRISPR的DNA序列的发现过程。

    这个研究组目前由石野良纯教授率领，隶属于九州大学研究生院农学研

    究院。

    我们前往九州大学拜访石野教授。他亲自来到大学研究楼的入口迎

    接我们，把我们带到了实验室。或许因为是休息日吧，实验室里静悄悄

    的。

    我们想了解的是，当初发现CRISPR的时候，石野教授的团队是否

    意识到其重要的价值。石野教授一边认真回答我们的问题，一边从头开

    始为我们解说CRISPR的相关知识。

    严格说来，石野教授的研究方向为“极限环境微生物学”。极限环境

    微生物学的研究对象，是生存于高温或高压等迥异于我们正常生活环境

    的条件之下——比如地底深处或高温喷泉地带中的“嗜极生

    物”(extremophile)。石野教授对这些生物的特征进行分析，以期找出

    有益的微生物，或发现有用的功能。

    石野教授在分析大肠杆菌的DNA时，留意到其中包含了某种奇妙的

    序列，该序列的特征是存在数十个碱基构成的短序列重复多次，这个序

    列就是CRISPR。石野教授的研究组在1987年发表了一篇论文，其主题

    与CRISPR并无直接关系，但在论文的最后却大胆提到了CRISPR的重复

    序列。要知道，在写论文时，极少会有人记载与主题无关的内容，于是

    我们询问石野教授，当时为何会特意提及。他回答道，因为他对这个特

    征序列十分在意。“实在是很神奇的DNA序列，我觉得它一定具有某种特殊意义。”

    可惜的是，当时他未能进一步将该序列作为研究对象。我们感慨

    道：“要是再深入研究一下就好了啊。”石野教授坦诚地回答道：“确

    实，我也这么觉得。”

    然而就在流露出懊悔表情的下一秒钟，笑容再次回到了他的脸

    上。“我们现在研究的东西更加了不起。”他开心地继续说道，“是诺贝

    尔奖级别的哦!”但直到采访结束，他也没有透露到底是什么研究。我

    们所采访的，是一位深知科研乐趣、经验老道的科学家。

    面对我们不着边际的询问，石野教授都尽量给出了细致易懂的解

    说。从他的话语中，我们真切地感受到了他对科研的热情和深刻的洞察

    力。

    假如石野教授坚持对CRISPR进行研究，将会发生什么情况？我相

    信，他一定能解析出它的功能，甚至触及到Cas 9的存在。但在当年那

    种对于产业应用技术并不热衷的大学氛围之中，能否实现基因组编辑，却仍是未知数。

    通往CRISPR‐Cas 9的重要发现竟是日本科学家做出的!尽管现在

    万事已成定局，但每当回想起这个事实，我就会对基因组编辑相关的故

    事产生更深刻的理解。第三章 CRISPR‐Cas 9浪潮席卷美国

    CRISPR‐Cas 9中蕴藏着改变世界的能量。如今，全世界的研究者

    都热衷于对其进行进一步改良，其中获得了最多成果的，要数前文曾提

    到过的张锋博士了。正是这位科学家，确认了CRISPR‐Cas 9对于人类

    和小鼠同样有效。

    “明年可能会获得诺贝尔奖。”“哪怕是不认识的研究人员发邮件咨

    询，他也会慷慨地提供基因组编辑工具。”“毫无疑问(他)是位天才，性格坦率毫不做作。”认识他的日本研究者们如是说道。一言以蔽之，他是一位“了不起的好人”，而且还是位仅30岁出头的年轻人。

    为了会见张锋博士，我们决定前往美国东海岸的波士顿。从波士顿

    的爱德华·劳伦斯·洛根将军国际机场驱车一小时，来到横穿市中心的查

    尔斯河南岸，张锋博士的研究中心就位于排列着欧式红砖建筑的老城区

    附近。

    在麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)校园

    背后的一角，耸立着一幢有着大企业总部风貌的高层建筑，玻璃外墙反

    射着眩目的日光。这就是哈佛大学与MIT共同运营的研究场所——博劳

    德研究所，张锋博士在所里担任主任研究员。机缘始于电影《侏罗纪公园》

    博劳德研究所设立于2004年，其目的是进行与医疗和生命科学相关

    的研究。创立者是参与了人类基因组测序计划的MIT怀海德研究所

    (Whitehead Institute)的埃里克·兰德(Eric Lander)博士。考虑到在封

    闭研究所内进行的小型项目研究能力有限，为了能进行横跨医学、生物

    学、化学以及工程学等多个领域的大规模合作研究，他设立了这间研究

    所。不仅是MIT，哈佛大学及其名下的多家医院也参与其中。目前，研

    究所在以基因工程为主的多个领域同时展开了最尖端的研究，以推进疾

    病的机理解析等工作。张锋博士于2011年1月加入博劳德研究所，之后

    逐渐在基因组编辑技术的开发领域取得了世界领先成就。

    进入研究所，在前台进行登记后，我们来到了张锋博士位于研究所

    中间楼层的办公室。房间约15平方米大小，位于角落，两面临窗，可以

    俯瞰波士顿街景。办公室设有宽大的木质书桌和书柜，中间是一组白色

    的皮质组合沙发，装修风格简洁务实又不失时尚感，感觉更像是创业公

    司的总裁办公室。在我们正与工作人员交谈时，张锋博士走了进来。

    “嗨!”他身穿牛仔裤和黑T恤，外搭浅蓝条纹衬衫，脚踩运动鞋，笑容满面地伸出手，和我们的工作人员逐一握手。“好年轻……”张锋博

    士此时只有33岁，比所有工作人员都年轻。

    “你们知道我是从什么时候开始对基因操作产生兴趣的吗？”

    负责录音的工作人员还在往他的衣领上安装用于采访的微型麦克

    风，张锋博士就打开了话匣子：“是在爱荷华州读小学的时候，当我在

    电影欣赏课上看到《侏罗纪公园》时。”他愉快地继续说道。

    11岁时，年少的张锋跟随父母从中国来到美国，在美国中部的爱荷华州长大。赴美之后不久，他就在学校观看了史蒂文·斯皮尔伯格导演

    的大作《侏罗纪公园》。电影中的一个场景给他留下了深刻的印象——

    从被封闭在琥珀中的蚊子嘴里提取出恐龙的基因，令其复活。少年张锋

    被电影里自由操作基因的科学家们的风采所吸引，日后，自己也成长为

    科学家，并且创造出了进行基因操作效率最高的方法。“超级工具”诞生之前

    2013年2月，张锋博士获得了全球极大关注。他在发表于学术期刊

    《科学》(Science)的论文中证明，凭借CRISPR‐Cas 9技术，即使是

    不熟练的科研人员，也能随心所欲地对人类或小鼠的细胞基因实施精确

    切断。CRISPR‐Cas 9诞生于2013年之前，但获得广泛关注却是因为这

    篇论文的发表。这篇论文证明了它能应用于人类和动物，因而被全球科

    学家视作重大突破。因此，也有不少科学家认为，CRISPR‐Cas 9是诞

    生于2013年2月的新技术。

    那么，张锋博士是在什么样的情况下开始研究基因组编辑的呢？他

    从学生时代开始追本溯源，向我们介绍了他的研究经历。

    “我最早对基因组编辑产生兴趣，是在读研究生的时候。当时我所

    开发的是对动物大脑进行研究的技术，而该研究主题的延伸范围就涵盖

    了基因组编辑。”

    以往，为了研究动物大脑的运作，除了在动物死后对其大脑进行解

    剖外，还可以采用对动物活体实施电刺激等方法。然而，通过这些方法

    所能获知的信息十分有限。张锋博士加入了斯坦福大学卡尔·戴瑟罗特

    (Karl Deisseroth)博士的研究组，探索对活体动物的大脑直接进行研

    究的新方法。研究组发现，可以用光控制动物脑内的某种特殊细胞群，从而实现在活体状态下对其认知能力和细胞功能进行解析。依据此原理

    开发出来的，就是被称作“光遗传学”(optogenetics)[3]

    的技术。在动物

    脑内的特定神经细胞群之中，研究者需要直接导入“合成会对光产生反

    应的蛋白质的基因”。只要能顺利导入该基因，就能通过光照激活光敏

    蛋白，从而检测出动物大脑是否在运作，甚至进一步控制大脑的运作，因此被认为是划时代的技术。但是，这项研究需要面对一个无法回避的难题：如何将基因导入神

    经细胞之中。对此，张锋博士等人给出的答案就是利用基因组编辑技

    术。他们最初认为，当时已经成熟的基因组编辑第一代ZFN技术应该能

    够解决问题，但经过尝试之后发现ZFN使用起来非常困难，这才将目光

    投向了更易于使用的基因组编辑第二代TALEN技术和第三代的

    CRISPR‐Cas 9技术。

    围绕CRISPR‐Cas 9，张锋博士决定对细菌的免疫系统展开研究。

    如第二章所述，在此之前，詹妮弗·杜德娜博士和埃马纽埃尔·卡彭蒂耶

    博士等人的研究组已经发现CRISPR‐Cas 9可以在大肠杆菌中发生作

    用，准确地切断目标基因。然而，人们尚无法确定对于哺乳动物的基因

    是否也能实现相同的效果。针对这一点，张锋博士将CRISPR‐Cas 9注

    入小鼠和人类的细胞之中反复进行尝试，以找到能令CRISPR‐Cas 9如

    预期般发挥作用的设计方案。

    结果发现，往“人293FT细胞”这一细胞之中同时注入能切断基因的

    Cas 9内切酶，以及Cas 9工作所必需的tracrRNA、pre‐crRNA和RNase

    序列等物质，就能实现基因的精确切断。张锋博士因为这个划时代的研

    究成果而获得世界瞩目，其论文自从2013年2月在Science杂志上发表之

    后，一直在世界范围内被广泛引用。

    如今，在张锋博士的实验室中，每周都会诞生10种左右的

    CRISPR‐Cas 9新版本。目前实验室正在开发一类技术：将CRISPR‐

    Cas 9组合到存在于细胞之中的一种DNA分子——质体[4]

    之中，再送入

    细胞内，然后尝试通过改变质体，对起剪刀作用的Cas 9进行改良。当

    然，除此之外，根据接受基因组编辑的动物种类或细胞种类的不同，也

    必须使用不同版本的CRISPR‐Cas 9。

    比如，要想把基因插入肺部或脑部，分别需要不同版本的

    CRISPR‐Cas 9。又或者需要根据操作类型的不同进行选择。比如，需要同时切断基因中某个DNA的两条双螺旋链的情况，与只需要切断其中

    一条的情况，自然有所区别。沉睡于冰柜中的“宝物”

    张锋博士的研究组大约有40名成员，其中半数为亚裔，华裔成员尤

    其多，可惜并没有日本人。与对脑部的不同研究相呼应，研究所陆续开

    发出了数量庞大的CRISPR‐Cas 9的不同版本，以便能对各种不同的生

    物细胞进行基因组编辑。开发一旦成功，其原始版本就会被存入博劳德

    研究所的保险库之中。于是我们询问，能否参观这个保险库。

    研究助理温斯顿·杨(Winston Yang)带我们参观了这个“无关人员

    严禁入内”的保险库。杨也是华裔学生，他从哈佛医学院毕业之后，叩

    开了张锋博士实验室的大门。

    “基因组编辑真的很令人振奋。”杨带着愉悦的表情说道，看起来对

    这里的研究十分感兴趣。我们跟着杨穿过位于实验室内侧的一道狭窄走

    廊，来到了一间面积颇大的房间门前。

    门内并排摆放着十余台大型冰柜，那些就是保险库的本体了。“宝

    物就沉睡在冰柜之中。”杨一边笑着说道，一边小心翼翼地从白大褂的

    胸前口袋里掏出一串金属钥匙。这串钥匙由他保管，就算在实验室内，知道这个地方的人寥寥无几。打开冰柜门，里面塞满了长、宽、高均为

    10厘米的装着小试管的箱子。这就是张锋博士所改良的各种版本的

    CRISPR‐Cas 9。杨从中取出了几支试管，递给我们看。

    “这是张锋博士在2013年首次针对CRISPR‐Cas 9发表论文时所提及

    的版本。”

    两根试管的试管盖上分别用油性笔手写了“PX 330”和“PX 335”的字

    样。这两种CRISPR‐Cas 9都是张锋博士最早开发出来的版本。至今仍

    不断有世界各地的研究人员发来申请，希望获得这两种版本的样品用于研究。

    其他还有用于同时切断多个基因的版本等的样品，总数量超过600

    种。

    “这些CRISPR‐Cas 9，都是研究人员们每周工作超过80小时，辛苦

    制造出来的贵重结晶。所有原始版本都保存在这些冰柜之中。如果有人

    无意或故意将其带出并遗失，对博劳德研究所而言将会是重大的损

    失。”

    杨锁上保险库的大门，严肃地强调这一点。治疗癌症的希望

    不断开发出CRISPR‐Cas 9新版本的张锋博士，曾被美国的某个媒

    体称作“将科幻变为科学现实的男人”。还有别的媒体将其比作希腊神话

    中具有点石成金魔力的弥达斯国王，称其为“基因编辑领域的弥达斯”。

    ■杨所指的就是“PX 330”，中间略偏左的是“PX 335”

    然而，他的研究领域并非仅限于开发基因组编辑工具，他的老本行

    是对疾病原因的探索和新药的开发。除了原本就在进行的对脑部基因功

    能的探索之外，他还花大力气解析癌症治疗药物的耐药性产生的机理。

    为了达成这一宏大的目标，张锋博士正在不断探索着基因组编辑工具的

    运用极限。

    “我认为，在了解癌症的复杂性及其机理方面，CRISPR‐Cas 9一定

    能够作为异常强大的工具发挥作用。比如，癌细胞是如何对药物产生耐受性的，是否受到哪些基因的影响？又比如，是哪些基因令其产生了感

    受性(药物的有效性)？也有研究是为了推导出癌细胞的转移受到哪些

    基因的影响。”

    张锋博士介绍道，多亏如今能够逐一观察每个基因，对基因组进行

    系统性的研究，才得以了解癌细胞为了免受药物影响，都有可能耍些什

    么“花招”。他还预测，将来很可能会诞生一种非常全面的癌症疗法。

    “我们的研究虽然还只是刚刚起步，但却是以完成新疗法的开发为

    目标的。预计在两年内……最多不超过十年，我们就可以彻底将改变癌

    症疗法的数据收集完整，然后据此整理出能够成为治疗皮肤癌、肺癌和

    肝癌等各种癌症的新药开发基础的信息。”

    为了加快医疗领域的研究进程，张锋博士于2013年创立了利用基因

    组编辑进行新药开发的创业公司——Editas Medicine，阐明了CRISPR‐

    Cas 9体系的詹妮弗·杜德娜博士亦名列联合创始人的名单之中。

    “CRISPR‐Cas 9正从根本上改变着研究与开发的方式，我想，它的

    影响将在日后渐露端倪。而在药物开发领域，验证新药有效性的方法已

    经开始受到它的影响。”

    预计的采访时间即将结束，在我们告辞之前，张锋博士激动地针对

    基因组编辑的潜力发表了一番看法：

    “在我看来，CRISPR‐Cas 9已经对生物学研究领域造成了巨大的冲

    击。这就是所谓的‘足以改变世界’。等到十年后再回顾‘CRISPR‐Cas 9

    给世界带来了怎样的影响’这一问题，人们将会发现，这项技术已被应

    用于生物学研究的各个领域。如今，它正掀起一场革命，这条创新的道

    路永无止境。”网络上的基因组编辑

    前文已经反复言及，世界各地的科学家们都已接受了基因组编辑

    ——尤其是CRISPR‐Cas 9——所带来的巨大冲击，并帮助其迅速传

    播。不过，CRISPR‐Cas 9的普及还有一项助力不可或缺，那就是某个

    网站体系的建立，使得全球任何地方的任何科研人员，只要有电脑或手

    机，就能通过几次简单的点击，预订所需的CRISPR‐Cas 9版本。在之

    后的几天时间内，商品就会送货上门，然后科研人员只需要自行将其与

    想要切断的基因的向导RNA进行组合即可。甚至就连最后这一步也可以

    订购，类似于在亚马逊网站上网购。这个网站的名字叫作Addgene，作

    为美国非营利组织(Non‐Profit Organization, NPO)来运营。我们在结

    束了对张锋博士的采访之后，就在住宿的酒店内通过电脑进行了一次订

    购的尝试。

    打开Addgene的页面，顶部出现了“如何订购”(How to Order)的条

    目，点击后会出现“下单说明”(Ordering Instructions)。打开该页面，就能看到在Addgene进行购买的说明书。

    订单原则上只能通过在线网络完成，注明了不接受电话或传真订

    单。因此，要购买CRISPR‐Cas 9，必须先填写个人信息进行注册。从

    账号注册到下单的所有步骤都有简明易懂的动画说明，遵循动画指示，我们立刻开始进行账号注册。

    首先点击“注册”(Register)，步骤1是“选择国家”(Select Your

    Country)。选择“日本”(Japan)点击确认，进入步骤2“选择单位类

    型”(Select Your Organization Type)，这一步只提供了两个选项：“研

    究机关非营利组织”(AcademicNon‐Profit)或“企业”(Industrial)。

    选择“研究机关”点击确认，会跳出众多日本大学的名称，然后在步骤3中选择自己所属的学校名称，点击确定，这里因为会跳出所选大学的各

    学院名称列表，所以只要选择自己所在的大学分院点击即可。选择之

    后，竟然还会进一步列出任职于该学院的教授、副教授姓名，在其中找

    到自己的指导老师的名字并点击(步骤4)。到了这一步，就会显示用

    于输入自己的名字、邮箱和电话号码的页面了(步骤5)。

    ■Addgene的网站首页。画面上方的中间就是“How to

    Order”(http：www.addgene.org)

    另外，在步骤2的“选择单位类型”中如果选择“企业”，则会跳出安

    斯泰来制药(Astellas Pharma)、宝生物工程(Takara Bio)等日本制药

    公司或与生物科技相关的公司名称。在其中任选其一，也会进一步显示

    研究人员的姓名列表。

    根据动画教程，账号注册成功之后，就可以进入下单页面，只要再次选择所需的CRISPR‐Cas 9种类，就能完成订购。大家将这个页面称

    为“目录”(catalog)。也有人可能出现想要订购，但不清楚哪个版本的

    CRISPR‐Cas 9最适合自己研究的情况，所以网站还提供了通过邮箱和

    电话进行咨询的服务。

    我们顺便也浏览了CRISPR‐Cas 9的目录，其中有基因组编辑工具

    的人气排行。点击其中最受欢迎的No.1，显示出的是“商品介绍”页面，其中给出了该CRISPR‐Cas 9的详细结构图以及制造它的研究者的姓名

    等信息。CRISPR‐Cas 9的价格一律为65美元[5]。价格相当便宜。接着

    点击“放入购物车”(Add to Cart)按钮，真的就和在亚马逊购物一样。

    如此一来任何研究人员都能简单地购买了。

    运营该网站的Addgene到底是个什么样的组织呢？将CRISPR‐Cas

    9扩散到了全世界的这个系统，到底是怎样的存在，它对CRISPR‐Cas 9

    的普及做出了怎样的贡献？我们决定前往Addgene的办公地一探究竟。4万种基因组编辑工具

    Addgene距离张锋博士实验室所在的博劳德研究所，步行约15分

    钟。博劳德研究所位于MIT主校区背后，其周边星罗密布着在顶尖基因

    研究领域引领世界的怀海德研究所，以及世界领先的制药公司等，有

    种“生物研究一条街”的感觉。而在这些高楼大厦之间，则点缀着一家家

    小型生物创业公司，Addgene就位于其中一幢小楼之中。

    迎接我们的是一位穿着鲜艳的黄绿色夹克的女士——乔安娜·卡门

    斯(Joanne Kamens)，她是负责Addgene运营的一把手，作为在制药公

    司有着超过25年工作经验的生物技术专业人士，她正在把从研究中获得

    的经验灵活运用到Addgene公司之中。卡门斯女士爽快地答应了我们突

    然的采访请求。

    “我们是看到了主页上公布的CRISPR‐Cas 9目录才来的。”听闻此

    言，卡门斯女士带我们穿过宽敞的办公大厅，来到了楼层深处。

    “你们想参观的应该就是这里了。”

    这个房间里摆放着数十台巨大的冰柜。虽然博劳德研究所也有冰

    柜，但和这里的规模相差甚远。总之，这里的地盘非常大、冰柜非常

    多。一定要形容的话，就是充满“商业化”的气息。许多工作人员静静地

    工作着，全体身着黑色T恤。仔细一看，T恤后背印着Addgene的商标，应该是工作制服了。

    来往于冰柜和办公桌之间的工作人员都是一路小跑，他们猛地冲到

    冰柜前，从中取出些什么，然后迅速关上门，再次冲回办公桌。为什么

    会如此急迫？见到我们迷惑的样子，卡门斯女士进行了解说：“他们正在做的是从冰柜中取出样品，将一部分转移到其他容器中

    的工作。冰柜中的温度是零下80度，为了尽量缩短样品从中取出然后放

    回所需的时间，工作人员都是跑的。”

    保存于零下80度冰柜中的物品，就是各种版本的CRISPR‐Cas 9。

    为了方便我们拍摄，卡门斯女士特意把冰柜敞开了一两分钟。巨大

    的柜门中，一个个小箱子整齐地摆放着。每个箱子中大约存放了100支

    小号塑料试管，看起来和张锋博士那里的“CRISPR‐Cas 9宝库”十分相

    似，不同之处在于其数量之多。

    每一支小试管上都嵌入了一个条形码，用于标识其内容物以及应当

    存放于哪个冰柜的哪个箱子里。研究者的宣传和流通平台

    当我们提及刚对张锋博士进行过采访，卡门斯女士就把我们带到了

    一个冰柜前，介绍道：“这些试管里装的全都是能切断人类基因的

    CRISPR‐Cas 9，都是张锋博士制作并寄存于此的。”

    这里寄存的CRISPR‐Cas 9超过100种。据介绍，寄存于Addgene的

    CRISPR‐Cas 9等基因编辑工具，都来自于世界各地的研究者。自从张

    锋博士在2013年发表了关于CRISPR‐Cas 9的论文以来，各种改良版层

    出不穷，全球的研究人员竞相开发出新的版本。每当他们制造出了新版

    本，就会将其撰写成论文向学术期刊投稿，同时将样品寄存到Addgene

    中。

    对于科研人员而言，进行寄存有着诸多益处。自己所开发的

    CRISPR‐Cas 9新版本，能够通过网站系统对遍及世界各地的销售渠道

    加以利用。日本也有研究者开发出CRISPR‐Cas 9的新版本，并将其寄

    存于此。

    “我们的机制是，只要登录网站，就能方便且廉价地获得世界各地

    研究者每天陆续开发出的CRISPR‐Cas 9的各种新版本。”

    通过网络下订单确实是很便捷的方法，而且价格只有生物技术公司

    贩卖的产品定价的百分之一，非常便宜。不过这个网站有个限制，就是

    只接受以学术研究为目的的订单。听到这里，我们想起来之前在尝试注

    册账号的时候，也是因为必须选择自己所在的研究机构和指导老师，所

    以不得不放弃了。这可能是通过注册系统进行限制。我们询问了卡门斯

    女士，获得了肯定的答复。■卡门斯女士特意打开冰柜给我们看，里面是大量存放了基因组编辑工具的试管。

    只有以研究为目的的情况下，购买者才能获得超低价格，这一条款

    是写在Addgene的章程之中的，因为它本身就是一家非营利组织。正是

    因为存在这样的约束，所以世界各地的研究人员才愿意将自己的研发成

    果寄存在这里。

    那么，如果想用于商业目的，应该怎么办呢？

    “那种情况的话，可以联系开发出某种CRISPR‐Cas 9的研究者或研

    究机构，直接通过正规商业途径向他们购买。”

    通过Addgene网站登记的研究者通讯录，就能联系到研究者，确认

    权利分配和正规价格条款，最终完成购买手续，也可以通过CRISPR‐

    Cas 9的商业代理公司入手。无论通过哪种途径，它的价格都会一下子

    提高100倍以上。也就是说，Addgene的系统其实相当于一个“试用”体

    系，把易于使用的CRISPR‐Cas 9等基因组编辑工具以超低价格向全世

    界推广。对于寄存的研究者来说，这里也相当于一个宣传和流通自己所开发的产品的平台。媲美亚马逊的配送系统

    在Addgene创立之前，生物科技行业中并不存在这样的商业模式。

    如果想要使用获得了专利权的细胞或基因，只能直接向权利人——也就

    是研究者或研究机构——咨询和交涉，耗费大量的手续和费用才能最终

    获得。哪怕只是“想在研究中稍作尝试”，购买壁垒也相当高。而

    Addgene的诞生，将这种尝试的门槛降低到了能以“任何人都试得起的价

    格”入手。想出这一商业模式的，是Addgene的三位联合创始人：

    Kenneth Fan博士、Melina Fan博士和Benjie Chen博士。三人都是30多岁

    的美籍华人。

    Benjie Chen博士原本是MIT的博士研究员，为了简化原本极端复杂

    的基因相关产品的购买流程，他创业成立了Addgene，从全世界收集并

    保管最新的基因组编辑工具，接受订单，即刻派送到世界各地——建立

    起了一套亚马逊购物网站式的体系。

    Addgene引以为傲的另一点，就是其高效的派送系统，所以我们也

    去参观了它的工作车间。在接到订单之后，被分装到小试管中的商品会

    在当天的某个时段装入纸箱中，发往世界各地。这些纸箱也全都通过条

    形码进行管理，世界上的哪个研究者购买了哪种商品，全都有迹可循。

    穿着黑T恤的工作人员读取CRISPR‐Cas 9试管上的条形码，然后将其

    装入堆成小山的纸箱中，逐一包装。

    Addgene平均每天能接收到200个来自世界各地的订单，然后向世界

    的38个国家和地区输出商品。基因组编辑非常简单——操作只需2分钟

    我们又前往Addgene附近的研究场所，对从Addgene购买并使用

    CRISPR‐Cas 9的研究人员进行了采访。一位女性研究者正坐在细胞培

    养装置前，对人类细胞——来源于子宫颈癌、名为海拉细胞(Hela

    Cells)的细胞系——进行基因组编辑。我们到访时，她正用大号移液器

    将CRISPR‐Cas 9撒到置于培养液中的细胞上。

    “基因组编辑其实并非什么很夸张的技术。只要把CRISPR‐Cas 9的

    溶液撒到细胞上，然后将细胞置于37摄氏度恒温的培养箱(细胞培养装

    置)中，经过48～72小时，也就是两到三天的时间，细胞中被瞄准的基

    因就被切断了。”

    实际的操作步骤包括：(1)在Addgene网站订购CRISPR‐Cas 9的

    质体；(2)针对目标DNA的碱基序列，制备能与其特异性结合的向导

    RNA；(3)将步骤(2)中制得的向导RNA组合到步骤(1)购得的质

    体中，然后撒到想要进行基因组编辑的细胞上。仅此而已。有一种说法

    是，只要能在Addgene买到CRISPR‐Cas 9，就已经完成了基因组编辑

    的九成工作。最后，据说只要等待12小时，就能确认目标基因是否已被

    切断。

    我们对这名研究者进行基因组编辑的工作过程进行了录像。包括准

    备工作在内，她仅仅用了不到2分钟。摄像师差点以为自己没拍到，吓

    了一跳。把装有进行过基因组编辑的细胞的培养皿放入培养箱，整个操

    作就完成了。研究者对我们说道：

    “如各位所见，非常简单对吧。正是这份简单，才令人振奋啊。”

    令人振奋——来到美国采访之后，我们已经不知道第几次听见这个词语了。无论对什么生物的什么基因，都能进行自由编辑，这样的技术

    对研究者而言，确实当得上“振奋”二字。Addgene在日本也有代理商

    Addgene建立起了媲美亚马逊的系统商业模式，但其贩卖并不仅限

    于网络渠道，它在亚洲的多个国家选择了代理商，在日本也有。基因组

    编辑的工具在进口时会被当作基因重组(转基因)相关商品，需要办理

    烦琐的手续，因此，通过代理店购买能节省办理手续的时间，并且与通

    过英文网站购买相比更为简单，某些情况下能更快速地获得CRISPR‐

    Cas 9。成为Addgene日本代理商的是住商医药国际有限公司(Summit

    Pharma International Corporation)。我们造访了这家公司位于东京中央

    区晴海的办公室。

    该公司原本的经营项目就是医药用品和食品等的进出口销售，以及

    作为新药开发支持工具的动植物和微生物细胞进口销售业务。承担从

    Addgene进口并代理贩卖CRISPR‐Cas 9业务的是其药物研发部。

    在过去的30余年中，该公司一直是世界最大的生物资源中心、美国

    模式培养物集存库(American Type Culture Collection, ATCC)在日本的

    代理商。1925年成立的ATCC保存着3400多种细胞系、72000多种酵母或

    霉菌等微生物菌种以及约800万种基因，被全球生物研究人员广为利

    用，并被形象地称作“生物银行”。与如此规模的ATCC建立了合作关

    系，住商医药国际有限公司自然因其业绩而获得了Addgene的青睐，Addgene于数年前就向它伸出了橄榄枝。住商医药总部新药研发支持组

    的乙黑敬生先生认为，创造出了包括普及CRISPR‐Cas 9在内的“基因组

    编辑商务”这一正处于高速扩张期的市场的，毫无疑问正是Addgene。

    “以往，无论对基因还是细胞，人们的常识是研究人员或企业绝不

    会将专利开放授权。因此，除了直接与拥有专利权的研究者或企业交涉

    之外，没有其他获取途径，也绝不存在‘先要一丁点儿试用一下’的可能性。”

    总之先试试看，觉得不错再与权利人进行交涉——Addgene建立的

    就是这样一套体系。乙黑先生认为，该体系使得基因组编辑技术能以前

    所未有的速度传播到全球研究者群体中，大家竞相进行改良，让开发竞

    争的速度和密度都获得飞跃性的提升。这其中，Addgene起到的作用不

    可小觑。

    乙黑先生还进一步指出，基因组编辑的商业化运作程度目前正在迅

    速扩大。基因组编辑技术已被引入包括畜牧业、农业乃至医疗在内的众

    多领域。“将基因组编辑应用于实践已不再是对于将来的展望，而是此

    刻已在我们身边萌芽的事实。”

    想要看清基因组编辑实用化的道路将会怎样演进，就必须先弄明白

    这一技术在研究开发的最前沿到底发生了什么。在未来，我们每天吃的

    食物、在医院接受的治疗、日常生活的一点一滴，都会因基因组编辑这

    一技术的参与而变得与现在截然不同。

    创造出了比普通真鲷大1.5倍的新品种的京都大学木下政人助教、大大提高了CRISPR‐Cas 9这一划时代技术的效果的张锋博士，他们都

    认为基因组编辑是能够改变世界的技术。随着采访的深入，我们对这句

    话的理解也渐渐带上了现实色彩。第四章 蓬勃发展的基因组品种改良

    在美国，有一位研究者正尝试利用基因组编辑创造新的牛种。2014

    年11月，我们前往美国南部的得克萨斯州的某个牧场，采访了这种牛的

    来龙去脉。

    如今提起得克萨斯州，给人的印象大概是石油工业和航天产业发

    达。但这片土地昔日却曾经因牧牛而繁荣，一片片牧场延绵不绝，周围

    是一望无际的大草原。我们的目的地就位于草原的一角。

    我们乘坐的车辆穿过一道道大门，停在了一位身材高大的中年男子

    身旁，这位应该就是牧场的主人了。“欢迎来到再生科学中心!”这位笑

    容爽朗的男子正是对牛进行了基因组编辑的查尔斯·朗(Charles Long)

    博士本人，他在得克萨斯AM大学(Texas AM University)从事研究

    工作。

    朗博士把我们带到了位于牧场深处的牛舍之中。牛舍里养着一头高

    大的白色牛只，它的背部耸立着一个驼峰，显得有些与众不同。

    “这还是第一次在电视里介绍这头牛呢，也算是它的电视首秀

    吧!”朗博士开玩笑说。

    这头牛属于名为内络尔(Nellore)的肉牛品种，拥有较强的对抗炎

    热和病害的能力。该品种首先在南美洲饲养，后来范围逐渐拓展至全世

    界。

    “如果是原产地在欧洲的安格斯牛(Angus)或海福特牛

    (Hereford)这些牛种，在酷暑环境下就很容易发生死亡。但内络尔牛这个品种却依然能存活。”颠覆了畜牧业常识的牛

    然而，内络尔牛也有一个重大缺陷，那就是作为肉牛，它的产肉量

    并不高。为此，朗博士等人决定对这个牛种进行基因组编辑。于是，他

    们注意到了某个基因——它在鱼类等动物体内都存在，作用是调节肌肉

    的成长，也就是肌抑素。我们在第一章也已介绍了通过抑制肌抑素的功

    能而制造出产肉量高的真鲷的尝试。只要令这一基因停止运作，就能增

    加肌肉含量。

    朗博士等人在牛只出生前的受精卵阶段就对其进行基因组编辑，切

    断了肌抑素基因，使其停止工作。通过找出肌抑素基因发生了天然变异

    (突变)的牛只，令其重复交配以实现品种改良的方式，人们已经培育

    出了名为比利时蓝牛(Belgian Blue)的品种(原产地在比利时)。该

    品种具有高于普通牛只的肌肉含量，已作为食用肉类进入市场交易。另

    外，在美国还针对名为美国蓝牛(American Blue)的肉牛进行过一项研

    究，从动物体外导入某种人工基因以抑制肌抑素的功能。这可以被归结

    为一种叫作“基因兴奋剂”(gene doping)的技术，依靠该技术可以制造

    出肌肉发达的肉牛。然而，基因兴奋剂技术归根到底只能局部增加肌肉

    含量。朗博士等人希望制造的是一种从出生开始全身所有肌肉就全都不

    受肌抑素控制的牛种。■为了增加产肉量而接受了基因组编辑的内络尔牛(右)

    他们的研究成果是，培育而成的牛比普通的牛整整大了一圈。我们

    参观的时候，这头牛出生刚满18个月，体重已经大约有1800磅，也就是

    816千克左右。朗博士介绍说，以其月龄而言，这样的体型已是相当大

    了。和普通的内络尔牛相比，其肌肉含量以腰围为中心，足足翻了一

    倍。

    “这种牛拥有无与伦比的潜力。你们可以想象一下，如果把经过我

    们这种基因组编辑的牛放到世界各地的牧场饲养，将会是多么激动人心

    的场景啊。仅仅只对一个基因进行雕琢，就能带来颠覆整个畜牧业常识

    的革命性的改变。”

    朗博士告诉我们，接下来的计划是通过繁殖，增加这头牛的后代数

    量，然后向亚洲或非洲等正遭受灾荒之苦的热带地区销售。并且不光是

    对内络尔牛，他们还计划在将来对日本和牛等品种也进行相同的尝试。这头牛与和它同时诞生的双胞胎雌牛，一起被饲养在辽阔的牧场之

    中。这里牧草繁茂，饲养环境十分优越，在我们看来，它简直受到了王

    子一般的精心对待。或许正因为如此，这头牛的表情显得非常沉稳，而

    且就像宠物一般习惯与人亲近。朗博士在拍摄期间曾在它的耳边喃喃

    道：

    “你可是全世界独一无二的牛啊，伙计!”

    朗博士等人的研究项目是与一家擅长进行基因组编辑的创业公司合

    作开展的。我们打听到，这家公司同时也在对其他各种家畜进行基因组

    编辑，并作为意图改变未来畜牧产业的核心参与者而备受瞩目。那么，基因组编辑将如何实现在商业上的运用？我们打算前往这家企业进行探

    访。从研究者到创业公司的CEO

    重组股份有限公司(Recombinetics, Inc.)位于美国北部与加拿大接

    壤的明尼苏达州。一位西装革履、身材标准的男士站在门口迎接我们的

    到来，他就是该公司CEO(首席执行官)，在明尼苏达大学

    (University of Minnesota)摘得博士学位，并曾担任该校动物科学系副

    教授的斯科特·法伦克鲁格(Scott Fahrenkrug)先生。除此之外，他还

    曾作为分子遗传学家，在美国农业部的肉食动物研究中心工作过。

    法伦克鲁格先生亲自带我们参观了公司。这里的景象与位于波士顿

    的博劳德研究所以及非营利组织Addgene都差不多。在显微镜、培养皿

    和试管的环绕之中，身着白大褂的研究人员们正安静地进行着操作。只

    不过，这里所创造的东西与我们之前采访的研究所有着根本性的不同

    ——在这里，通过对各种动物的受精卵进行基因组编辑，正在创造出前

    所未有的家畜。

    法伦克鲁格先生多年来一直在进行家畜遗传学领域的研究。数年前

    基因组编辑技术刚出现之时，他尚在明尼苏达大学执教。2013年，他以

    该项技术的出现为契机，成立了这家公司。

    “当我知晓基因组编辑的存在之时，实在是过于兴奋，立刻便从大

    学辞去了教职。因为我希望凭借自己的双手，把这项技术及其潜力传播

    至全世界——我将它视作自己的使命。对于基因组编辑技术，我坚信它

    能进一步促进家畜的品种改良工作，至今为止，这一工作都被视为畜牧

    领域的终极目标。”无角之牛，抗病的猪

    他们所创造出的动物，都是对畜牧产业而言“有益”的家畜。我们在

    得克萨斯州见到的那头壮硕的牛，可以说就是这家公司合作参与开发出

    的第一项产品。

    “世界上还有10亿人口正陷于饥荒和营养失调的境地。根据计算，地球上的总人口今后还将增加30亿人左右，基因组编辑则给人类解决食

    物来源问题提供了一个全新的选项。我们必须从数量有限的动物之中，获得尽可能多的食物。到2050年，全球食物的产出至少得翻倍才能满足

    需求。如果能对一半的动物实施品种改良，就将产生惊人的效果。”

    在前往公司实验室的路上，我们留意到走廊的宣传栏里贴满了家畜

    的相关照片和论文节选。法伦克鲁格先生应我们的请求，对它们进行了

    解说。

    猪的照片——“这是一种对疾病，特别是对发烧的耐性极强的猪，目前尚在开发之中。”

    牛的照片——“我们想创造出一种甲烷气体的排出量较少，也就是

    几乎不打嗝的牛。甲烷气体是导致全球变暖的罪魁祸首之一，我们希望

    通过对家畜进行基因组编辑，缓解人类面对的这一难题。”

    法伦克鲁格先生进一步向我们介绍了公司目前正在着力开发的牛

    ——一种“不长角的奶牛”。奶牛本来都是长角的。但其实对奶农而言，角是个令人头疼的问题。牛在长出牛角后很容易因为相互角斗而受伤，人类在进行采奶作业时也有因此而受伤的风险。为此，每隔一段时间，奶农都会将牛角割掉。但在美国，仍然时有奶农在割角作业中不幸丧生

    的案件发生。对牛而言，被割掉角也会感到十分痛苦。如果无须进行割角的工作，那么对奶农而言，可以节省大量劳动和成本，对牛而言也会

    感到愉快——“无角牛”的想法就是因此而诞生的。

    不过，这个想法并非这家公司首创。迄今为止，全世界已有不少科

    学家在研究是否存在某个基因可用于创造“无角牛”。在几年前，德国的

    某个研究组通过对肉牛中自然诞生的“无角牛”进行分析，解析出了“无

    角”性状与哪个基因相关。如果采用以往的品种改良手段，应该是要让

    奶牛与不长角的肉牛进行“杂交”。但交配的结果，却存在着可能令两者

    各自拥有的性状——也就是奶牛的“能产出优质牛奶”以及肉牛的“能产

    出优质牛肉”的特征——同时丧失的风险。

    不仅如此，从让肉牛和奶牛杂交，直到其子孙重新获得产奶能力为

    止，预计至少需要15年。因此，想通过这种方法实施品种改良程序，恐

    怕并不现实。

    对此，法伦克鲁格先生考虑利用基因组编辑技术，单单将“长不出

    角”这一基因进行定点精确融合。这样，不就能够在维持“优秀奶牛特

    征”的同时，引入“不长角的肉牛基因”，在短时间内创造出“不长角的奶

    牛”了吗？

    具体实施方法如下：提取出有角的奶牛细胞，通过基因组编辑技

    术，将“长角”的基因切断，使其丧失功能。然后再通过基因组编辑技

    术，在切断“长角”基因的同时引入从肉牛中提取出的“长不出角”这一基

    因。最后，只需要将该细胞的细胞核移植到去除了细胞核的受精卵之

    中，就能孕育出“不长角的奶牛”。

    法伦克鲁格先生告诉我们，按照计划，再过不久就会有第一头“不

    长角的奶牛”诞生了(2016年5月，法伦克鲁格先生的研究组在学术期刊

    《自然生物技术》(Nature Biotechnology)在线版上公开了“无角奶

    牛”诞生的消息)，目前公司已经开始与投资者进行商业谈判，这标志着一个重大商机的出现。不是“科学怪牛”

    好想给“不长角的奶牛”拍张照!我们向法伦克鲁格先生请求拍照许

    可，却被他断然拒绝。这是顾虑到美国的消费者而做出的决定。在美

    国，已经有一部分新闻媒体将“无角牛”当作“科学怪牛”而大加批判，所

    以，在消费者还无法彻底理解其意义的现阶段，法伦克鲁格先生担心照

    片会导致人们产生先入为主的负面印象。

    “我个人对于普通市民的认知和理解特别敏感。我们有义务向他们

    传达正确的信息，帮助他们理解，但这需要经过很长的时间才能实现。

    因此，我们现在正与全世界的食品管理机构进行协商，以确保向普通民

    众传达正确的信息。我们希望能让更多的人理解，基因组编辑与以往同

    样获得万众瞩目的其他技术并不是一回事。这项技术并非随机地对基因

    进行重组，而是能对基因进行精准编辑，所以并不会导致基因的无规律

    突变。”

    基因组编辑与其他的品种改良技术完全不是一回事。它是一种“信

    息技术”。根据法伦克鲁格先生的主张，通过这项技术所诞生的物种，不应当被归到基因重组生物(转基因生物)这个类别中去。

    “对于这项技术，我们最害怕的就是传递给大众的信息太过片面，从而导致人们直觉性地拒绝接受。而这种拒绝很可能导致世界很多急需

    此项技术的人，享受到这份恩泽的时间被迫延迟。”

    在接受过我们的采访之后，法伦克鲁格先生便要立刻出发前往乌干

    达和肯尼亚进行商务会谈，他的终极目标是解决全球性的食物来源短缺

    问题。他最后补充道：

    “与20世纪80年代相比，当今世界已经变得全然不同。DNA再也不像以往那样神秘莫测，基因组编辑这一震惊世界的技术的出现，令我们

    意识到了它的发展潜力。只要一想到这项技术已不再只是科幻世界中的

    虚构，我就会感到兴奋不已。”发芽的土豆有毒哦

    在日本国内，研究人员同样正在食物领域推广基因组编辑技术的应

    用。在第一章中，我们已经介绍了针对真鲷的研究，那么在本章里，我

    们再来谈谈同样属于食材的植物。目前，日本已经出现了接受过基因组

    编辑的农作物，土豆就是其中之一。

    这一项目的研究组由大阪大学研究生院工程研究科的村中俊哉教授

    所领导。说起土豆，大家都会觉得它的产量已经足够高，口味并没有什

    么不好，烹饪方法多种多样，用途也广泛，还有什么可供改良的余地

    呢？

    2014年10月，我们来到了大阪大学工程系所在的吹田校区。这片校

    区占地面积广，且有可供车辆通行的马路直达校内。从JR京都浅茨木站

    出发，我们来到大学最深处接近千门里的地方，村中教授的实验室就位

    于此处。

    进入实验室，眼前摆满了研究用的桌椅和实验设备，充分展现

    着“实验室”的氛围。穿过通道来到里面的房间，村中教授正在等着我

    们。面积不大的房间被助理办公桌、会议桌以及一块白板塞得满满当

    当。待我们做完采访的准备工作，村中教授便立即用白板展开了说明。

    村中教授等人所进行的研究，是为了开发出不会产生茄碱

    (solanine)或卡茄碱(chaconine)这类物质的土豆。茄碱和卡茄碱都

    是土豆中所含有的天然毒素。我们在烹饪土豆时，一般都必须先挖掉发

    芽的部分再吃，就是为了除掉其中的茄碱和卡茄碱。

    茄碱和卡茄碱大部分都富集在土豆发芽部位的绿色区域中。万一不

    小心吃下了含有过多茄碱或卡茄碱的土豆，就会产生上吐下泻、肚子痛或头痛等各种症状。这些症状快则在食用后的几分钟内立刻出现，慢则

    在几天后才出现。严重的话，如果摄入过多，还有可能危及生命。根据

    日本农林水产省官方网站所公布的数据，由于茄碱和卡茄碱而造成的食

    物中毒每年都会发生，且其中大多数发生在小学生的烹饪实践课程之

    中。

    “我们在超市购买到的土豆都是安全的。因为在仓储过程中为了避

    免发芽，一律实施避光低温保存，所以基本不会有问题。但这种方法相

    应地增加了仓储成本。另一个例子就是薯片，它的生产过程中需要雇很

    多人摘除土豆芽，耗费大量人力物力。还有，如果自己在家里或学校里

    种土豆，也有可能中毒。通过基因组编辑制造出本身无毒的土豆，就能

    彻底消除这个隐患了。”利用“感染”，从土豆中排除毒素

    此前，村中教授一直与理化学研究所的研究组合作，对土豆的代谢

    过程进行研究。在此期间，他们发现了“SSR 2”这一基因，它与茄碱和

    卡茄碱的生成有关。如果阻断这一基因的运作，土豆是不是就不会产生

    茄碱和卡茄碱了呢？想到这里，村中教授决定采用基因组编辑技术。

    然而，这一思路从最开始就遇到了问题。通常而言，植物细胞的表

    面都被一种叫作“细胞壁”的坚固壁垒所包围，从而对细胞本体起到保护

    作用。因此，对于植物细胞，研究者就无法像对待细胞周围只覆盖着柔

    软的细胞膜的动物细胞那样，仅需从外部注入TALEN或CRISPR‐Cas

    9，便可立即完成基因组编辑。对动物和植物进行基因组编辑，过程是

    截然不同的(这在第二章中进行过详述)。

    对此，村中教授所想出的解决方案是，首先利用能“感染”植物的细

    菌，在植物细胞的内部制造出进行基因组编辑所必需的TALEN。接下

    来，我就对这种方法进行具体说明。

    此处所使用的是在第二章中已经介绍过的“农杆菌”这种土壤细菌。

    该细菌在感染植物之后，会将自身基因的一部分融合到受感染植物的细

    胞基因组中去，以合成自身生存必需的营养成分。村中教授想利用的就

    是细菌的这种性质。

    首先，向这种细菌的DNA中融合“生成能阻断SSR 2运作的TALEN

    的基因”。然后把土豆仔细地切成碎块，放入施加了植物激素的培养皿

    中，并把细菌也加入其中。如此一来，这些细菌就会感染土豆，其中的

    一部分会向土豆的基因中引入TALEN的基因。细菌起到了将TALEN基

    因送入到土豆基因组中去的搬运工(载体)的作用。被引入的TALEN

    基因会在土豆细胞的内部进行TALEN的制造工作，然后制造出的TALEN再将目标基因破坏掉。

    ■对土豆进行基因组编辑的方法

    但是，如果TALEN未能正确地将所瞄准的位点——也就是SSR 2所

    在的部分破坏掉，就无法阻断目标基因的运作。研究组对实验结果进行

    确认后发现，在感染了细菌的土豆之中，有一成左右完成了基因组编辑

    的过程。

    将被切成碎块的土豆浸没到植物激素中，土豆会发出被称作“不定

    芽”的嫩芽。等嫩芽长大，就可以转移到不含植物激素的培养基中继续

    栽培，最后把它们移植到土壤里，就能发育成土豆。如此，研究人员就

    能收获不会分泌茄碱和卡茄碱的“无毒土豆”了。毒素含量的检测结果显

    示，这些土豆的茄碱和卡茄碱都被控制在了原本含量的110左右。在这

    个剂量下，即使不逐一挖除芽块，人类直接食用也不会引起身体不适。基因重组农作物不得不面对的壁垒

    一位研究人员向我们展示了经过基因组编辑的土豆。读者应该可以

    想见，无毒土豆与有毒的土豆在外观上没有任何区别，看上去十分普

    通。

    “其实，用这种方法制造出来的依然应该算是基因重组(转基因)

    食品。今后如果能找到先去除细胞壁、再进行基因组编辑的方法，或许

    会更好。”

    按照现在的方法，研究人员不单单只破坏了毒素基因，而且还在土

    豆的基因中融入了TALEN的基因。如此一来，这种土豆就变成了基因

    重组食品。

    村中教授强调，就算按照现在的方法对土豆进行基因组编辑，也无

    需担心大肠杆菌以及农杆菌这种土壤细菌会对人体造成感染；即便是融

    合有TALEN基因的土豆，与普通土豆也并没有任何不同。然而消费者

    之中却不乏对基因重组食品有抵触心理的人。就基因组编辑技术而言，类似土豆这样的案例，只要引入了别的基因，它就跟基因重组的食品没

    什么区别，所以在市场上是否能为消费者所接受，还是未知数。村中教

    授正是预料到了此种情况，才认为必须另外开发一种不使用基因重组技

    术而对土豆进行基因组编辑的方法。

    为了解决这个难题，韩国已经有人发表了论文，介绍了先去除细胞

    壁再进行基因组编辑的方法，用以解决上述难题。使用这个方法的话，就无须担心制造TALEN的基因会混入土豆的基因组中，同样也能进行

    基因组编辑。另外，还可以通过名为“回交”的方法(参阅第二章)——

    也就是将其与未经基因重组的个体进行杂交，培育出将制造TALEN的

    基因排除掉的子代土豆。村中教授表示，他很期待通过对这些方法的研究，逐步探索出一条更容易为市场所接受的道路。

    而村中教授最终的愿望，则是能让基因重组的农作物获得全社会的

    接纳。因为通过融入新基因来进行品种改良这一方法，具有巨大的发展

    潜力。

    除了抑制SSR 2的功能之外，村中教授还进一步向我们介绍了另一

    种可以制造出“无毒土豆”的方法：在进行基因组编辑时，将别的基因作

    为目标，也是可以起到消除毒素的作用的。而且该方法还有一个优点，据说被抑制了该基因功能的土豆，能对阿尔茨海默病起到额外的治疗效

    果。如果这一优点获得了验证，其结果将会是划时代的。通过给农作物

    添加新的特性以提高其附加价值，这也是基因组编辑值得被寄予厚望的

    原因之一。对植物进行基因组编辑的可能性

    村中教授指出，在植物的品种改良领域，基因组编辑技术蕴藏着巨

    大的发展潜力。还是以土豆为例，在每个细胞里，起到相同作用的基因

    共有4个——人类每个细胞中作用相同的基因是2个——它们同时控制着

    同一功能。按照以往的方法，也就是通过品种杂交来实现品种改良的

    话，只能寄希望于偶然，才可能将这4个基因里所记录的遗传信息全都

    改掉。像土豆这样拥有4个基因的物种，仅改变其中1个基因的信息，其

    他3个依然保持原样，则基因仍旧能使原本的功能正常运作，达不到品

    种改良的目的。就算某个体某个基因的信息被完全改变，如果将其与正

    常个体杂交，则诞生的子代又有可能从其正常的亲代一方继承基因信

    息，导致品种改良被中断。这样的情况屡见不鲜。

    但如果使用基因组编辑技术，运气好的话，研究者甚至可能一次性

    把4个起到相同作用的基因同时破坏掉。因此，我们能够期待通过这一

    技术带来的品种改良的可靠性和速度获得数量级层次的提高。

    或许在不久的将来，以“无毒”作为卖点的土豆就能在超市货架上随

    处可见了。在大阪大学，还有其他实验室同样借助基因组编辑技术进行

    研究。有着如此广泛的研究基础，今后基因组编辑农作物的发展空间将

    极为广阔。什么是“战略性创新推进计划”

    为了促进这方面的进展，日本已经从国家层面展开了行动。

    以日本内阁府为核心，国家于2014年成立了一项“战略性创新推进

    计划”(Strategic Innovation Promotion Program, SIP)。该计划的组成框

    架横跨了能源、农业等多个领域，其目的是促进未来必备的新技术的开

    发。与基因组编辑技术有关的内容属于其中的农业领域。支撑农业领域

    的支柱主要有三项，第一项是推进基于IT技术的“智能农业”，第二项

    是“农作物品种改良”，第三项则是“开发新产品”。基于这三大支柱的方

    针，政府从来自各家研究机构的计划之中选择有可能实现的或潜力巨大

    的，并加以采纳。

    基因组编辑则被归入了第二项的“农作物品种改良”，其重点在于如

    何提高各种农作物的产量，以及如何实现功能性改良。

    话说回来，日本为什么要着手开展这样的计划呢？其背景在于，农

    林水产行业以及食品产业的环境正在发生巨大的变化，具体表现在务农

    者数量大幅度降低、农业生产变得越来越依赖于企业等方面。同时，与

    进口农产品之间的竞争也愈演愈烈。在这样的趋势之下，日本也希望通

    过品种改良，开发出具有竞争力的农产品。然而，像以往那样花费很长

    的时间专注于品种改良的办法已经行不通了。如今，研究者必须赶在有

    限的时间里取得明确的成果。

    在这种情况下，基因组编辑技术就有了大展身手的机会。若能对这

    项技术善加利用，研究人员将大幅缩短各种农作物和生物品种改良的时

    间，也有可能直接顺着自己的思路，朝希望的方向进行改良。如今，有

    不少研究机构都热衷于使用基因组编辑技术，而日本则已经开始考虑把

    这项技术与种苗公司等民营企业的商品开发联系起来，并试图绘制出一幅具体的发展蓝图，使它不仅停留在研究层面，而是触及实际的产品销

    售。

    该计划主要包括以下三项最为先进的品种改良：

    第一项是对水稻的品种改良。在水稻领域，一直以来都有人进行着

    孜孜不倦的研究，以求在狭小的土地上获得丰收。目前正在进行的研

    究，则是利用基因组编辑技术，进一步提高已改良过的高产水稻品种的

    平均产量。水稻中存在着各种与谷粒产量相关的基因，比如调节稻穗上

    所结谷粒的数量及其粒径大小的基因等，所以可以预见，我们能通过破

    坏数个这样的基因以提高产量。而且，不仅仅只有被当作人类主食的水

    稻，对于被当作动物饲料的谷物，研究人员同样也正在推进品种改良的

    研究。

    第二项是创造高品质的西红柿。通常而言，西红柿很容易腐烂，因

    此为了尽可能地延长保质期，在发货时必须付出诸多努力，进行周密规

    划，趁西红柿还没变红就将其采摘下来，然后在运输途中将其催熟。不

    过，这种方法有一个缺点，就是会降低西红柿的甜度。目前正在进行的

    对西红柿的改良如果能成功，将来或许就可以在西红柿变甜的成熟阶段

    再进行采摘了。另外，利用蜜蜂或药剂可以对西红柿进行人工授粉，但

    花费的成本颇高。这次的研究，在减少诸如此类的问题上亦有进展。其

    他还包括“更甜的西红柿”或是“具有极强抗氧化作用的西红柿”等，多个

    品种的开发研究正在进行之中。

    而第三项是开发“温顺的金枪鱼”。金枪鱼素来以容易紧张而闻名。

    即便是进行人工养殖，倘若生活环境过于拥挤，金枪鱼也会相互攻击，导致身体受伤。遇到打雷，这些鱼也会陷入恐慌状态，朝池壁猛烈撞

    击，导致大量死亡。目前，有研究正在试图通过基因组编辑对金枪鱼的

    这种习性加以改善，希望能通过改变控制脑部激素平衡的基因，让金枪

    鱼的习性变得更加温顺。以上三项中，每一项都与我们的日常生活息息相关。一旦改良工作

    有所进展，必然会对人们的生活产生巨大影响。除此之外，研究人员对

    其他可食用生物的基因组编辑工作也都在陆续开展之中。不过，上述三

    项研究作为由国家主导促进的典型案例，未来究竟能突破到何等程度，值得我们关注。诞生自藻类的生物燃料

    能源领域也已经开始了将基因组编辑技术实用化的尝试。据说，在

    位于日本东京文京区春日的中央大学后乐园校区，某幢研究大楼的一角

    就在培养作为能源使用的藻类。于是我们便前往采访。

    为我们担任向导的是该校科学与工程系的原山重明教授。水槽在粉

    红色的灯光照耀之下，其中悠悠地漂浮着绿色的生物。这些生物就是我

    们要找的藻类，它属于绿藻。这种绿藻内含有大量的油脂成分，它能把

    自身的能量以油脂和淀粉的形式储存起来。将经过干燥的绿藻浸入溶剂

    (即能很好地溶解油脂的液体)之中，蒸馏后就能提取出藻类中所包含

    的油脂。原山教授向我们解释道，如果能通过这种方法大量提取油脂，甚至可以作为汽车燃料来使用。

    “这就是从藻类中提取出被称作生物柴油的能源的过程。”

    这种藻类，每一只单独看来其实都非常小，只有5微米，也就是5‰

    厘米那么大。油脂到底存在于其中的何处呢？我们好奇地询问原山教

    授。于是他让我们通过显微镜进行观察。显微镜下，藻类以椭圆形的姿

    态存在。而在半透明的藻类细胞之中，能看见一个个橙色的小珠子，这

    就是油脂了。

    那么，如何才能让藻类尽可能多地生成这样的油脂呢？如前文所

    述，藻类的能量以油脂和淀粉的形式蓄积在体内。原山教授在十多年前

    便已有了这样一个猜测——如果令藻类制造淀粉的功能失效，那么是不

    是油脂含量就会增加？毕竟，能量无法转换成淀粉，就只能以油脂的形

    式进行储存。为了实现这一想法，则必须破坏生成淀粉的基因。

    这可不是什么简单的任务。藻类的基因总数超过1万个，为了单独破坏其中制造淀粉的基因，原山教授所采用的方法是将其暴露于辐射及

    化学药品的环境之中，然后寄希望于偶然，通过成千上万次的尝试碰巧

    将其破坏掉。利用这种方法，原山教授在某种程度上成功地增加了藻类

    能够制造出的油脂分量。

    但因为此方法不能瞄准某个基因精确破坏，所以会对其他基因造成

    误伤，甚至在实验中遭到误伤的基因越来越多，而可提取的油脂含量却

    已经见顶。与厂商合作——以油脂的大规模生产为目标

    基因组编辑技术成了改变这种状况的突破口。采用这项技术，就能

    在超过1万种的藻类基因之中，精确瞄准制造淀粉的基因，单独对其进

    行破坏。实验结果显示，藻类“每小时”所制造出的油脂量增加到了原来

    的1.5倍。严格说来，藻类中的油脂含量并没有骤然增加。能够获得提

    升的只不过是在单位时间内，藻类能够制造出的油脂量——也就是油脂

    的制造速度，从而提高了生产效率。

    “我认为，从生产效率的角度而言，效果大大值得期待。”

    原山教授不仅对基因组编辑这一技术的发展潜力给出了正面评价，还做了如下补充：

    “打个比方，我们所进行的这类研究，就好像是在一步步地攀登漫

    长的台阶。如何让各领域的研究者都对其抱有兴趣，是非常重要的一个

    方面。倘若无法从各行各业搜集种种创意并加以实践，则很难从真正意

    义上把研究投入实际应用。我觉得接下来的一步，应该是想办法增加支

    持这项研究的同盟军。”

    原山教授已经踏出了这一步。他与电装株式会社(DENSO

    CORPORATION)展开了共同研究，目标是在6年内确立油脂的大规模

    生产技术体系。我们在之后也对电装公司的负责人进行了采访，他向我

    们描绘出一幅宏伟的愿景：

    “今后，我们会持续进行生物燃料制造技术的研究，确保日本能自

    主供应本国所需的燃料——这就是我们的目标。”

    那么，根据原山教授与电装公司的共同研究，具体要等到什么时候，生物柴油才能投入到实际应用中去呢？原山教授给出了如下的回

    答：

    “未来，石油资源将逐渐枯竭，大气中二氧化碳的含量也会进一步

    增加。为此，我们必须提前考虑对策。如果能借助生物的力量制造燃

    料，一定会造成巨大的轰动。希望这项技术能在21世纪上半叶获得成

    功。”

    我们人类所面临的困难数不胜数。而在其中，大家公认的最为迫切

    的两个课题，无疑是世界范围的食物来源危机以及可持续能源的实现。

    基因组编辑技术说不定能够成为解决这两大问题的突破口——至少科学

    家们都对此坚信不疑。这绝不仅仅是盲目乐观的调侃，我们逐渐被科学

    家们那冷静而又满怀激情的样子所感染。

    ■原山教授点燃了从接受过基因组编辑的藻类中提取出来的油脂原山教授往从藻类里提取出来的油脂中插入一根纸质灯芯，然后用

    打火机将低垂的灯芯点燃，发出了如蜡烛一般温暖的光芒。第五章 从基因组层面治疗疑难杂症

    从开始围绕基因组编辑进行采访至今，已过去了半年时间。自2015

    年年初起，人们逐渐在报纸等媒体上发现“基因组编辑”这一关键词。而

    我们曾探访过的肥硕的真鲷以及得克萨斯肉牛的照片也被刊载到了报纸

    和杂志的科学专栏中，它们的体型已长得比我们拍摄之时更为庞大。

    一方面，我们仍在继续开展对动植物进行基因组编辑的调研，同时

    也在探索对人类进行基因组编辑的案例。巧合的是，在2015年4月，有

    中国的研究人员发表了一篇对人类受精卵进行基因组编辑的论文，这篇

    论文获得了极其广泛的关注。在采访的过程中，我们逐渐意识到，大家

    对基因组编辑寄予了最多期望的就是医疗领域。那么基因组编辑技术到

    底是否已被应用于人类？如果确实存在这样的案例，我们希望能通过采

    访，揭示出基因组编辑技术的通用性。

    所以，到底存不存在将基因组编辑应用于人类的案例呢？就算能找

    到，充其量也只是大学医院正在进行的临床研究，抑或是制药公司所进

    行的临床试验之类的吧？临床的应用项目本就不会太多，哪怕采访顺

    利，我们能从中找到的获得了成功的案例肯定更加有限。即便想要通过

    节目将这些成功案例介绍给大众，放眼世界，也找不出几项来。

    正当我们因此而苦恼不已的时候，偶然间看到了一篇论文。论文在

    2014年6月刊登于美国的医学杂志《新英格兰医学杂志》(New England

    Journal o f Medicine)上。宾夕法尼亚大学的卡尔·朱恩(Carl June)博

    士等人在临床试验中，对感染了艾滋病病毒(HIV)的12名患者的血液

    进行基因组编辑，然后分别将其重新输回患者体内。结果显示，其中1

    人的血液之中的HIV病毒彻底消失，6人的血液中表征免疫力的指标有所改善，疗效十分惊人。

    能否对那名HIV病毒消失的患者进行一次采访？或者哪怕能采访到

    免疫力指标有所改善的患者也好……我们想办法与他们取得了联系。艾滋病病毒的临床试验受试者

    为了探访基因组编辑在美国医疗领域的最尖端应用情报，我们于

    2015年7月上旬就抵达了当地，但却一直未能获得参与了HIV临床试验

    的患者的同意。这也难怪。发现自己是HIV阳性，本就是一个难以令人

    接受的事实。而负责开展临床试验的宾夕法尼亚大学的教授也以太忙为

    理由，迟迟无法给出明确答复。

    迫不得已，我们只能先与论文中提到的公司进行联系。桑格摩生物

    科学股份有限公司(Sangamo BioSciences)是一家生物企业，它参与到

    了临床试验的各个环节之中，比如血液采集、基因组编辑的实施和分析

    等。我们恳请公司的负责人帮忙把我们介绍给参与了临床试验的患者。

    “要是还不能采访，咱们就干脆跑路吧。”只剩两天就必须回国时，我半开玩笑地和摄像师们说道。之后，我们终于收到了患者本人同意采

    访的回复：“我可以接受采访，但因为工作比较忙，所以最好能将时间

    控制在一个半小时左右。”

    “总算不用跑路了!”大家都欣喜若狂。而这位人物的出现，令我们

    切身体会到了基因组编辑所蕴藏的巨大潜力与希望。

    此人名叫马特·夏普(Matt Sharp)，目前正投身于向和自己一样感

    染了HIV的人群介绍最新治疗方法的咨询活动之中。取得联系的第二

    天，我们即刻赶往夏普先生位于旧金山的住处。夏普先生的住所位于一

    个距离金门大桥车程不远的安静住宅区，一幢混凝土结构的公寓二楼

    内。

    夏普先生来到门外迎接我们，他身穿红色T恤和卡其色裤子，笑着

    与工作人员一一握手。透过T恤可窥见他结实的手臂，壮得就像一名运动员，并且左臂从手肘到手腕布满极具视觉冲击力的纹身，他今年59

    岁，头发已经灰白，却显得十分精神。他招呼我们进屋，然后说

    道：“欢迎，有什么想问的尽管问。”

    在这套两居室的房子里，夏普先生和一条黑色的狗一起生活。黑狗

    叫作贝蒂，热情地一个劲地往我们身上扑。夏普先生当天傍晚要出发前

    往欧洲进行演讲，所以我们的采访时间也被限定在了一个半小时

    内。“该从哪儿开始聊起呢？”我们生怕来不及问完所有该问的问题，于

    是赶紧架设起摄像机。

    夏普先生首先谈及的，是他在1988年感染HIV时的事情。当年他正

    处于芭蕾舞演员的巅峰时期。原本在得克萨斯州就读高中的他，在戏剧

    老师的建议下进入了演艺圈，随后又展现出舞蹈才能，在欧洲踏上了芭

    蕾舞演员之路。他拿出刚发现感染了HIV时的照片给我们看，这是夏普

    先生在30岁出头时的舞台照，当时的他身为舞蹈演员，金发帅气，英姿

    飒爽，摆出脚尖点地、双臂在头顶环抱的姿势，柔韧的身体弯曲成拱

    形。“好像大明星啊”“太帅了”工作人员们由衷地用日语赞叹出声。

    “被鉴定为HIV阳性时，我不得不就是否继续跳舞做出选择。最

    终，我决定中断芭蕾表演，专心寻找治疗方法。”

    当时，艾滋病患者见报最多的城市是旧金山，因此，对艾滋病疗法

    的研究在旧金山逐渐变得热门。于是夏普先生毫不犹豫地搬来了此地。

    “我了解到，旧金山在艾滋病疗法方面有所突破，所以决定搬过

    来。在与HIV的战斗之中，我始终保持着‘先手’优势。”以前的HIV疗法与最新的HIV疗法

    此后，夏普先生逐渐参与到各种各样的临床试验之中。他很早就开

    始接受抗逆转录病毒治疗(antiretroviral therapy)，通过同时服用多种

    不同的药物，得以将血液中的HIV病毒增殖稳定在一定水平之下。然

    而，抗逆转录病毒疗法的药物价格非常高昂，不但无法根治，而且一旦

    开始服用就不能中断，甚至连服药时间也容不得丝毫差错，否则极可能

    发生药效丧失的危险。同时，抗逆转录病毒药物还会导致如头晕、呕

    吐、腹泻之类的副作用。因此，这种疗法可以称得上是杀敌一千，自损

    八百。

    夏普先生必须每天早晚两次，在固定的时间服下4种不同的药物。

    即便如此，他的表征免疫力指标依然在不断下降。或许正是因为这个原

    因，他每年到了换季的时候都会感染上肺炎。夏普先生从厨房的柜子里

    找出抗逆转录病毒的药物给我们看：“这些药物还会导致抑郁症，换成

    是你们，也会不情愿吃吧。”

    2010年，也就是基因组编辑的第一代——ZFN出现之后没过多久，夏普先生终于等来了好消息。主治医生将最新的临床试验消息推荐给他

    的时候，是这样说明的：“有一项新开发出来的疗法，利用一种类似于

    微型剪刀的物质，将血液中白血球内的基因的一部分切断，从而让这些

    白血球不会再被艾滋病病毒击溃。这样就有可能阻止艾滋病的发病。”

    “我感慨地问医生：‘这就是基因疗法？听起来很科幻啊。’然后还询

    问了治疗风险，比如‘以后会不会有患上癌症的风险’之类的。”

    对于这种全新的治疗方法，夏普先生既感到好奇又觉得不安。对在

    此之前早已参加过多项临床试验，自认为对艾滋病及其治疗方法了解得

    比其他人都更为透彻的夏普先生而言，这是一项闻所未闻的技术。不过，在听说预期疗效要超过风险之后，夏普先生还是下定决心参加了这

    次临床试验。简单到难以置信的疗法

    照片里，夏普先生正躺在床上露出笑容，手腕上还悬挂着抽血用的

    导管。他希望能用照片记录下自己成为全世界首例接受基因组编辑疗法

    的HIV感染者的模样，于是请护士拍下了这张照片。

    “治疗过程简单到令人难以置信，”当话题转移到临床试验上时，夏

    普先生的口吻顿时流露出几分热切，“也就是在针头扎进去的一瞬间有

    点刺痛，仅此而已。”

    真的是相当简单的过程：首先，在指定的诊所抽血。患者躺在床

    上，将注射针头刺入双腕。从其中一侧的手腕上抽取血液，输送到放置

    在床头的仪器里。根据介绍，这一“利用仪器将白血球从血液里分离出

    来”的过程将持续一段时间。然后，再把分离出了白血球的血液，从仪

    器中输回另一侧的手腕中。在完成了持续数小时的治疗之后，夏普先生

    当天就回家了。

    分离出来的白血球随后被送往别的机构，接受基因组编辑，在几星

    期后又被输回夏普先生的血液之中。回输所需要的时间也很短，大概30

    分钟就能完成。■治疗中的夏普先生。从手腕中抽取的血液被送入放置于床头的仪器之中。

    (照片由马特·夏普提供)基因组编辑医疗的先锋

    接受了基因组编辑的，到底是夏普先生白血球之中的“什么成分”，基因组编辑又是以什么样的方式进行的？我们为此前往拜访了进行实际

    操作的桑格摩生物科学股份有限公司。桑格摩公司位于距离夏普先生住

    处约30分钟车程的地方。

    1995年创立至今，桑格摩公司一直在开发由于基因异常而导致的疾

    病的治疗方法，最近几年也涉足了使用基因组编辑技术的疗法，可谓是

    将基因组编辑应用于医疗领域的先锋。这一次接受我们采访的，是公司

    的CEO爱德华·兰菲尔(Edward Lanphier)先生。位于旧金山的这个机

    构，承担的主要是对所抽取血液的检查，以及进行完基因组编辑之后的

    检查等作业，所以我们无法旁观到基因组编辑操作的过程。

    我们已经知道，HIV病毒在进入血液之后，会依附于白血球内进行

    增殖。它粘附到白血球表面的突起上，然后以此为立足点，进一步渗透

    到白血球内部，不断增殖。基于此过程，桑格摩公司找到与白血球上与

    这种突起有关的基因，利用基因组编辑(采用的是ZFN技术)将其切

    断。如此一来，白血球表面就不会产生突起，HIV也就无法再渗透到白

    血球内部了。

    “这种治疗方法，唯有通过基因组编辑才能实现。”

    兰菲尔先生向我们解释道，他们如今正对这项临床研究进行进一步

    深化，目标是建立起艾滋病的治疗方案。

    据了解，桑格摩公司利用基因组编辑技术进行开发的治疗方法和治

    疗药物，并不止一项。比如血友病[6]

    ，这是一种缺乏或缺少名为“血液

    凝固因子”的能够起到凝血效果的蛋白质的病症。患者只要一出血，就得花上很长时间才能止血。而且血液凝固因子约有12种，其中由于缺乏

    第8因子而导致的被称作“A型血友病”，缺乏第9因子而导致的则是“B型

    血友病”。桑格摩公司正在开发针对由单个基因参与而引起的A型血友病

    及B型血友病的治疗方法。

    血友病的治疗程序与夏普先生所接受的HIV的疗法不同，是在生物

    的体内进行基因组编辑，也就是在血友病患者的体内直接进行治疗。这

    种疗法将用于基因组编辑的物质送入肝脏，然后在体内直接对发生了变

    异的基因进行修复，属于一种被称作“体内(in vivo)疗法”的治疗方

    法。目前，这种疗法已经进入了动物实验阶段，预计将于2016年开始进

    行临床试验。[7]

    桑格摩公司同时也正在对其他由于基因变异而导致的疾病，比如溶

    酶体贮积症(lysosomal storage disease, LSD)[8]

    和镰状细胞贫血病

    (sickle‐cell disease, SCD)[9]

    等疾病的疗法进行研究。

    一旦搞清楚了致病的基因是什么，特别是当这种疾病是由单个基因

    的变异所导致的时候，与以往相比，运用基因组编辑研发出治疗方法的

    可能性将获得显著提升。临床试验后立刻显现出惊人的变化

    让我们回到夏普先生的话题上。在完成了临床试验之后，他的身体 ......