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腾讯登录【盘点】2015年基因编辑领域突破性进展TOP10
| 导读 | 近日，《自然》杂志盘点了2015年度的十大科学事件，其中基因编辑研究入选，就在今年4月份，来自中国的科学家报告称，他们可以成功利用此项技术对不能存活的人类胚胎进行编辑，这项研究一时间激起了全球众多研究人员和生物伦理学家的言论，他们在各种评论和会议中关于该技术是否应该用于人类胚胎甚至是基础研究的争论。 |
近日，《自然》杂志盘点了2015年度的十大科学事件，其中基因编辑研究入选，就在今年4月份，来自中国的科学家报告称，他们可以成功利用此项技术对不能存活的人类胚胎进行编辑，这项研究一时间激起了全球众多研究人员和生物伦理学家的言论，他们在各种评论和会议中关于该技术是否应该用于人类胚胎甚至是基础研究的争论；而这场争辩在12月初于美国华盛顿举行的人类基因编辑国际峰会上达到高潮。此次会议汇集了来自20多个国家的近500名伦理学家、科学家和法律专家。主办方以一份声明结束了此次会议：这些工具尚未作好被用于编辑人类胚胎基因组的准备，但声明并未呼吁直接禁止相关基础研究。
如今，在21世纪随着生物技术的变革和进展，科学家们为实现基因编辑，不断创新开发，如今已经基因编辑产生了三代新技术，分别是ZFN，TALENs和CRISPR/Cas9。在即将过去的2015年里，基因编辑领域又有哪些突破性研究进展呢？请跟随小编一起来看看！
【1】Nature：世界第一个CRISPR宝宝会诞生于何处？
他们在中国开会；他们在英国开会；上周他们还在美国碰过面。在世界各地，科学家们正汇聚一堂讨论编辑人类胚胎基因组的希望与隐忧。是否应该允许这样做——如果允许的话，是在什么情况之下？
人们对于CRISPR/Cas9的兴趣呈爆炸式增长促成了这些会议的召开，这一强大的技术为遗传工程带来了前所未有的简便和精度。这一工具以及其他与之类似的技术可被用来在培养皿中操控胚胎DNA以了解人类发育的极早期。理论上，基因组编辑还可用来“修复”导致人类遗传疾病的突变。如果胚胎中做到这一点，或可阻止这样的疾病传递给后代。
这些前景引发了科学家、伦理学家和患者间广泛的关注和讨论。有人担忧如果基因组编辑在临床上被接受用来防止疾病，它将不可避免地出于非医疗目的用于导入、增强或消除一些性状。伦理学家们担心，不能平等地获取这样的技术将导致遗传阶级歧视。并且通过生殖细胞（精子和卵子），个体基因组的精准改变将会跨代遗传，不禁令人担心胚胎编辑可能会造成持久的、非预期的后果。
【2】Cell：CRISPR技术在癌症领域大放异彩
科学家们绘制出了让我们细胞存活的基因的图谱，为了解我们基因组的运作机制以及哪些基因对像癌症这样的疾病至关重要建立了一个期盼已久的立足点。
由多伦多大学Donnelly中心Jason Moffat教授领导的一个研究小组，在药学系Stephane Angers的帮助下，逐个关闭了近1.8万个基因（整个人类基因组的90%）来寻找对细胞生存至关重要的基因。
发表在11月25日《细胞》（Cell）杂志上的数据，揭示出了由1，500多个必需基因构成的“核心”基因组群。这为实现生物研究的长期目标：确切描绘出基因组中每个基因的功能奠定了基础。
通过在5种不同的癌细胞系，包括脑癌、视网膜癌、卵巢癌和2种大肠癌细胞中关闭一些基因，研究小组发现每种肿瘤都依赖于一组独特的基因，可以用一些特异性药物来靶向它们。这一研究发现为设计出只靶向癌细胞，而不损伤周围健康组织的新疗法带来了希望。
【3】张锋Science重大突破：攻克CRISPR-Cas9基因组编辑的主要障碍
来自麻省理工学院-哈佛医学院Broad研究所和麻省理工学院McGovern脑研究所的研究人员，设计改造了革命性的CRISPR-Cas9基因编辑系统，大大减少了“脱靶”编辑错误。这一完善的技术解决了使用基因组编辑时面对的一个主要技术问题。
CRISPR-Cas9系统是通过对细胞的DNA进行精确地靶向修饰来发挥作用。借助于与靶位点序列相匹配的一段短RNA分子，Cas9蛋白可改变指定位点的DNA。尽管Cas9能够高度有效地切割它的靶位点，这一系统有一个主要的缺点：就是一旦进入到细胞中，它可以结合并切割额外的非目标位点。这有可能会造成意外的编辑，完全改变基因表达或是敲除掉某一基因，导致癌症形成或其他的问题出现。
在发表于《科学》(science)杂志上的一篇新研究论文中，张锋（Feng Zhang）和同事们报告称，在构成化脓性链球菌Cas9酶的约1，400个氨基酸中，他们通过改变3个氨基酸将“脱靶编辑”显著减少至无法检测到的水平。
【4】2015 年技术明星：CRISPR技术
2007年，酸奶公司为了提高酸奶产量发现了一个意想不到细菌抗病毒防御机制，成了不同菌株的测序后，发现了 CRISPR 可能与噬菌体感染，以及随后的免疫防御有关。2012年，这种技术被发展成为一种基因编辑技术，2013年，这种技术开始被大量采用。现在这种技术已经成为一个奇迹，有望不久就可以问鼎诺贝尔奖。
CRISPR技术分别在2012年和2013年被评为年度科技突破，当时都是和其他基因编辑技术一起获得这一荣誉，2015年有望被再次评选为年度突破，而且是独立获得。主要是因为这一技术2015年再次发生一些吸引人的故事，其中一个就是利用这个技术制造出一种可以传染的基因，科学家利用这种可传染基因作为对付疟疾感染，理论上是可行，技术上也已经实现。另外一个就是采用这个技术进行了人类胚胎细胞的基因编辑。这些技术不仅是学术上的重要事件，也让普通大众倍加关注，甚至对科技政策和伦理都会产生挑战，最近召开的DNA峰会上这已经成为重要的讨论话题。
CRISPR为什么那么牛，基因编辑的前辈锌指核酸酶和TALENs也能精确地编辑DNA序列，许多公司也已经利用这些技术开发出治疗方法，甚至开展了临床试验。但是后来者CRISPR技术更容易更经济，任何普通的分子生物学实验室都可以实现这种技术。
非营利组织Addgene已经分发5万个包含CRISPR两个组件Cas9和特定基因序列识别序列的质粒，意味着这一技术达到PCR一样可以随时对5万个目的基因进行修改。
【5】Cell子刊：用小分子化合物提高CRISPR效率
能够精确地编辑细胞的基因组，CRISPR技术成为了近年来最令人兴奋的科学进展之一。然而，尽管这一方法具有惊人的潜力，其效率却极其低下。幸运的是，来自Gladstone研究所和斯坦福大学的科学家们已经找到了一种方法，通过导入几个关键的化合物提高了CRISPR的效率。这一重要研究成果发表在2月5日的《细胞干细胞》（Cell stem cell）杂志上。
Gladstone研究所资深研究员丁胜（Sheng Ding）博士以及斯坦福大学的齐磊（Lei Stanley Qi，音译）是这篇论文的共同资深作者。丁胜博士是知名的干细胞领域华人科学家，在合成化学、干细胞生物学以及药物研发技术方面具有很强的科研实力和独特见解，创造性地开拓了“干细胞化学生物学”这一前沿性新领域。齐磊博士近年来也在CRISPR研究领域取得一系列突破性进展，在Cell、Nature Biotechnology、Nature Methods等杂志上接连发表了多篇研究论文。
论文的第一作者、Gladstone研究所博士后Chen Yu说：“当前，CRISPR技术面对一个权衡问题：尽管这一技术非常精确，但也极其低效。我们通过导入一些小分子来改善了这一情况，在维持技术精确性的同时提高了它的效率。”
【6】Nature：工程化的CRISPR-Cas9核酸酶突变体或可提高基因编辑的效率
发表于国际杂志Nature上的一篇研究论文中，来自MIT的研究人员发现了一种新方法，该方法可以扩展基因编辑工具CRISPR-Cas9 RNA引导核酸酶的精确性及用途，文章中研究者阐明了切割DNA的Cas9酶类突变体相比常见的Cas9酶类可以更加有效地识别一系列不同的核酸序列。
研究者Benjamin Kleinstiver博士指出，这项研究中我们对此前不能被野生型Cas9修饰的人类和斑马鱼基因位点进行研究，如今利用这种修饰后的Cas9突变体就可以实现上述目标；这就可以帮助研究者对多个基因组中的较大范围的基因位点进行靶向修饰，从而更加精确地修饰DNA序列。
CRISPR-Cas9核酸酶包括Cas9细菌酶和一段由20个RNA分子的核酸链组成，这些RNA分子可以同靶向作用的DNA序列配对，除了RNA/DNA配对之外，Cas9酶需要识别一类特殊的核苷酸序列，名为前间区序列邻近基序(protospacer adjacent motif， PAM)，PAM位于靶向DNA附近，Cas9的最常见形式来自于酿脓链球菌中，名为SpCas9，其可以识别PAM序列，在PAM序列中任何核苷酸都会紧随两个鸟嘌呤碱基之后形成，而这就限制了对DNA序列的靶向作用。
【7】Nature：风口浪尖上的CRISPR基因编辑
“扯淡！”，这是哈佛医学院生物工程师Kevin Esvelt看到去年发表在《科学》（Science）杂志上的一篇研究论文时，口中冒出来的第一个词。这项研究工作描述利用一种基因编辑技术将突变插入到了果蝇中，并且这种突变可以传递给几乎所有的果蝇后代。尽管有趣，这份研究报告却让Esvelt感到不安：如果基因工程果蝇从实验室中逃出，突变有可能会在整个野生种群中迅速传播。
但这却让加州大学欧文分校的分子生物学家Anthony James感到极为兴奋。他在给研究作者的信中写道：“天哪！我们能将之应用于蚊子吗？”
7月30日，美国国家科学院(NAS)首次召开了一系列会议，旨在寻找一些方法来平衡这一“基因驱动”技术的潜力和风险。通过将一种预期的遗传修饰插入到DNA连同生物体中，提高这种改变传递给下一代的概率，这种方法不仅能够快速改造单个生物体而且可以影响整个种群。这一技术可以用来使得蚊子无法携带疟原虫或是消灭有害的入侵物种，但它也有可能会造成意外的环境代价，并有可能无法逆转这种后果。佛罗里达大学种群遗传学家Walter Tabachnick说：“一旦到了那一步，你便无法挽回。”
【8】基因编辑立功啦，成功治疗白血病，全球首例
科学家利用这种技术对捐献者的免疫细胞进行基因编辑，一岁小女孩Layla的白血病被成功治愈。这是第二次基因编辑技术在临床上的成功应用。
NHS信托伦敦大奥蒙德街儿童医院免疫学家Waseem Qasim主持该治疗项目，他说自己的小组明年计划给10-12名患者进行同样治疗。因为这种技术目前只适合用于那些其他常规治疗无效的患儿，这样的孩子可以被特别许可使用这种新技术。经过几个月的努力，Qasim说这个孩子非常成功，他的小组准备在2015年12月美国血液病大会上介绍这个病例。
治疗时，研究人员从一名健康捐献者血液中分离T淋巴细胞，用一种基因编辑技术TALEN，使用一种DNA剪切酶。这种DNA剪切酶能够失活免疫基因，免疫基因的作用是产生攻击性反应，修饰基因的另一个目的是避免抗癌药物对移植细胞的破坏。随后用放射线将患者免疫系统摧毁，置换为经过基因编辑的捐献者细胞。Qasim说，目前这种治疗只是给白血病患者的临时解决方案，这种治疗的目的是给患者提供一个过渡生存的强梁，等待另一个T细胞配型成功的捐献者。
【9】Nature、Science：人类基因编辑取得共识
美国科学院、英国皇家学会和中国科学院联合主持的人类基因编辑国际峰会，探讨了用新方法（比如CRISPR）改变人类DNA的前景和风险，尤其是引起巨大争议的卵子、精子和胚胎基因组编辑。
胚胎或生殖细胞的基因工程改造，会给个体及其后代带来永久性的基因改变，被许多人视为洪水猛兽。但这样的技术能阻止遗传学疾病的传递，造福许多被病痛折磨的患者。而且完全禁止这样的研究似乎并不现实。
人类基因编辑国际峰会经过三天的热烈讨论终于达成共识，会议组委会于十二月三日发布了自己起草的声明。该声明指出，基因编辑技术不应用于准备建立妊娠的人类胚胎。推进生殖细胞基因编辑的临床使用是“不负责任的”，除非安全和效率问题得到了解决，而且相关应用得到了广泛的社会共识。
该声明并未禁止编辑胚胎或生殖细胞的基础研究，涉及人类胚胎、精子和卵子的基础研究和临床前研究应当继续前行。“我们并不希望把大门永远关上，”加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna说。
【10】首例体内细胞基因编辑即将实现 有望治疗血友病
首例体内细胞基因编辑即将实现。这项技术将被试用于治疗B型血友病—— 一种能够导致自发性内出血的凝血功能紊乱病症。
这次临床试验的消息在近日于美国华盛顿特区召开的人类基因编辑国际峰会上宣布。此次会议主要聚焦于一项叫作CRISPR的革命性基因工程技术，尤其是其在人体上的应用。
基因编辑是指删除、增加或改变一个基因组精确位点的DNA。CRISPR是一种成本相对较低、较为简单的、相对精确的基因编辑方法，具有治疗多种疾病的潜力。尽管研究人员曾采集人类细胞进行类似基因编辑，而且在白血病和艾滋病病毒感染治疗案例中也曾使用过技术相对较成熟、成本更加昂贵的基因编辑方法，但这种新方法尚未开展临床人体试验。
即将到来的实验将利用其中一种较成熟的技术，以一种叫作锌指核酸酶的DNA作为剪切工具，这种核酸酶可以被直接注射到血流中发生作用。（转化医学网360zhyx.com）
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