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▎药明康德/编辑

我们体内的每一个细胞都包含有一套基因组，超过2万个基因、30亿个DNA“字母”。DNA由两股单链组成双螺旋结构，它们由一种简单的配对规则连接在一起：A与T配对，G与C配对。我们的基因决定了个体和物种。基因对健康也有深远的影响。得益于DNA测序技术的发展，研究者们已经确定了成千上万个与疾病有关的基因。为了理解基因的工作原理，研究者们需要找到控制它们的方法。改变活体动物基因并不容易，但最近，一种新方法出现了——它有希望极大地改进我们编辑任何生物DNA的能力，包括人类。

CRISPR技术是以细菌保护自身不受病毒感染的系统为基础。当细菌检测到病毒的DNA时，它会生产出两种较短的RNA。其中一种RNA包含与入侵病毒相对应的片段。这两种RNA与一个蛋白质一起组成了一个复合体，叫做Cas9。Cas9是一种核酸酶，这是一种酶能够切断DNA。当相符的片段，也就是所谓的向导RNA，在病毒体内找到它的目标时，Cas9就会切下目标DNA，消灭病毒。

过去的几年里，研究这个系统的科学家意识到，它可以被改造。这样，不仅可以切断病毒DNA，并且可以精确地针对所有DNA。不管它们位于什么位置，只需要改造一下向导RNA与想要的目标相符合就行。这不仅可以在试管里完成，还可以在活体细胞的细胞核内进行。一旦进入了细胞核，这个复合体就会锁定一段短序列，Cas9就会解开DNA，使其与目标RNA相匹配。配对完成后，Cas9就会使用两个微小的分子剪刀来剪下DNA。这个过程中，细胞会试着修复剪下的部分，但修复过程很容易出错，导致了使基因失效的变异，让研究者能得以理解它的功能。这些变异是随机的。

不过，有时研究者需要更精确的编辑。比如说，用一个健康基因来取代一个变异的基因。可以添加一段携带有预期序列的DNA，一旦CRISPR系统的剪切完成，这个DNA模板能与剪切端头配对，重新组合或用新版代替原有序列。这些都可以在培养细胞中完成，包括干细胞。干细胞可以分化为许多不同种类的细胞，也可以在受精卵上进行，创造出靶向变异的转基因动物。

与过去的方法不同，CRISPR可以同时针对多个基因靶向，这在研究复杂的人类疾病上是一个巨大的进步。它们不是只针对一个变异而是许多基因一起工作。这个方法正在飞速发展，将在基础研究中大有用处，比如药物开发和农业，也许最终将用在罹患遗传疾病的患者身上。

制作：

MIT麦戈文脑科学研究所

张锋

Sputnik动画

资料来源：http://mcgovern.mit.edu/CRISPR

直接来源：药明康德公众号

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