什么是基因编辑技术

1. 什么是基因编辑技术

2. 可怕的“基因编辑”

从昨天下午开始，微博、公号等都在推送关于“基因编辑”的相关消息。当我看了几篇推文大致了解基因编辑后，我想借用牛顿的一句话来表达我的心情：
  
  “我可以计算天体的轨道，却无法计算人性的疯狂。” 
                                          
 微博有做基因编辑实验的贺建奎教授的视频，视频中，贺建奎教授一脸喜悦及自豪的介绍他所做的基因编辑实验：通过编辑试管婴儿胚胎基因，一对“天然免疫艾滋病、疟疾、霍乱”等疾病的双胞胎——露露和娜娜于几周前顺利出生。
  
 据了解，通过基因编辑诞下的孩子，却是可以天然免疫艾滋病、疟疾、霍乱等，但是却有很大的风险患上肿瘤及心肌梗塞等疾病。可见，基因编辑并不是完美无瑕，这个实验并不能让因此而诞生的孩子彻底免受疾病的侵袭。
  
 抛开疾病不谈，我很想知道贺建奎教授的团队为何会进行这项实验。在我看来，这是一项非常没有人性的实验。
  
 在我浅薄的知识架构里，当我对基因基因编辑略有理解后，我脑海中浮现的是漫威电影里的美国队长、雷神、钢铁侠、蜘蛛侠、浩克等有特异功能的人物。基因在编辑的过程中，若是注册了在某一特征方面具有重组功效的激素，因此出生的孩子是不是也生来就具备某些特殊特征？就拿漫威人物来说，他们是善良的，是为国为民做贡献的，尽管如此，在影片中，他们的存在还不是有很大争议？FBI需要他们来帮助完成一些难以完成的事，所以是支持他们的，而国会却一直反对他们，国会的反对不无道理，他们带来了不公平，他们具有更强大的破坏力，他们使世界的自然秩序被打乱，他们是异类。这还没有提到若他们在受教育时没有走在正道上……
                                          
 自古以来，人类的延续都是依靠男女结合来进行繁衍，若以后，不需要男女结合，只要花点钱，或者随着基因编辑技术的推广不需要花钱，在你想要孩子的时候便可生孩子，还可以自己选择是要眼睛大一点的，身高高一点的孩子，就好像你画了幅精美的图画，让基因编辑技术帮你按照图画给你临摹出一个孩子来……你会觉得这样很美好吗？
  
 这样诞生的孩子还是正常孩子吗？他们是有着和正常人一模一样的肉体，但是他们的基因不时天然的，是经过重组的，就好比整过容的人，美则美矣，但终究不是原来的模样。基因编辑技术还不能等同整容，整容只是给表皮变美了，内力的浅厚终究靠自己填充，而基因编辑技术不一样，想要什么样的孩子，都能给你造出来。
  
 若将来你的孩子与基因编辑过的孩子做同学呢？通过基因编辑过的孩子，或许生来就一目十行，不需要任何努力地将所有知识看一遍便牢记心中；或许他们还拥有强健的体格，他们很轻易便能在跑步、跳远、游泳等比赛中拔得头筹，而成绩是你的孩子无论如何也难以企及的，你是否会觉得不公平？是否建议将基因编辑过的孩子单独组赛？他们是一个新物种吗？你如何作答？
  
 我不赞成基因编辑实验，原因很简单，我害怕这个世界变得疯狂。
  
 
  
  
   我是妍兮，一个有着超多梦想并坚信都能实现的热血女青年。

3. 对基因编辑技术的一点思考

         最近人类出了基因编辑技术，对于这个技术到底是好还是坏？很多人坚持是反对的，我的观点也是反对的。
  
  
           基因并没有好坏之分，适者生存，并不是说最好的基因就适合生存，而是最适应的基因才是最好的基因，对于不同的环境变化，不同的基因会有自己不同的应对变化的特点，就像外表是黑色的蝴蝶，在黑色的环境中它就适合生存，而外表是白色的蝴蝶在白色的环境中，它就易于生存，而不是说白色或者黑色的，就是好或坏，这只是一种基因的表现形式，无在乎这种基因的好坏，只要它在它适应的环境里面，他就是好的。
  
  
       所以所谓的基因编辑技术，只不过是一种对应当下，而对适应当下的基因进行编辑，也就是说这种所谓的优秀基因只不过是适合于当下的相对优秀，而不是说在任何环境下都是优秀的。就像长颈鹿和短颈鹿，他们在不同的环境下，长颈和短颈都有自己适合生存的环境，不能一味的说短颈好还是长颈好，如果我们只是将单一的长颈作为一种优秀的基因，那么到了一定特定的环境下，当长颈变成一种缺陷时，那么短颈就表现出他的优良性。
  
  
           所以所谓的基因编辑技术只是看起来相对美好的一种事物。对于人类的长久来说，是一种非常危险的事情，基因一旦失去了它的多样性，也就失去了它应对变化环境的适应性，可能基因编辑技术对人类来说是一种定时的灾难吧。

4. 什么是基因编辑技术

5. 什么是基因编辑技术

6. 基因编辑技术的奥秘

7. 一口气告诉你，基因编辑技术的“前世今生”

DNA是绝大部分生物的遗传信息的储存介质，由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）四种核苷酸组成，并且严格遵守A-T,C-G的碱基互补配对原则，DNA链上这四种核苷酸的排列信息就是生物体的主要遗传信息。基因是控制生物性状的基本遗传单位，即一段携带特定遗传信息的DNA序列，主要通过翻译出对应的效用蛋白发挥功能。

图1. DNA的结构示意图（图片来自网络）
基因异常往往导致各种疾病的发生：如在超过50%的人类肿瘤中都能检测到编码p53蛋白的基因的突变（丧失活性）；Rag1等基因的突变会导致重症联合免疫缺，患儿终生不能接触外界空气，只能终生生活在隔绝容器内（图2）。

图2. 终生生活在隔离容器内的美国男孩大卫·维特
什么是基因编辑技术？
基因编辑技术是指特异性改变目标基因序列的技术。目前主要的基因编辑技术都是基于如下原理发展而来的：在细胞内利用外源切割复合体特异性识别并切割目的基因序列，在目的基因序列上制造断裂端，这种断裂端随即会被细胞内部的DNA损伤修复系统修复，重新连接起来。在此修复过程中，当有修复模板存在时，细胞会以修复模板为标准进行修复，从而实现对基因序列的特异性改变，即基因编辑（图3）。

图3 基因编辑技术的基本原理示意图
要实现基因编辑，外源切割复合体必须满足两个条件：
① 切割复合体必须可以特异性地识别和结合至目的基因DNA序列上，这是各种基因编辑技术的主要差异所在，也是发展基因编辑技术的最大困难所在；
② 切割复合体必须具有切割DNA，制造断裂端的功能；
基因编辑技术的简要发展历史
自1953年沃森和克里克两位科学家提出DNA的双螺旋结构以来，人们一直都在积极探索着高效便利的基因编辑技术：
上世纪80年代，科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑（2007年诺贝尔生理医学奖），但此技术在其余细胞内效率极低，应用受到了极大的限制；
上世纪90年代，基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA上3联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特点，人们通过锌指蛋白偶联Fokl的策略逐渐发展出了一种新的基因编辑技术--锌指蛋白核酸酶技术（Zinc Finger Nucleases, ZFNs）。但此技术专利被公司垄断，且锌指蛋白数量有限，可以识别的DNA序列数量有限，其应用也受到了很大的限制。
随后，基于改造后的植物病原菌中黄单胞菌属的TAL蛋白可以特异性识别DNA中一个碱基的特性，人们又发展出了新的基因组编辑技术--转录激活样因子核酸酶技术（Transcription activator-like effector nucleases, TALENs）。此技术理论上可以实现对任意基因序列的编辑，但其操作过程较为繁琐，一定程度上限制了其应用。
近年来，基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR)系统发展而来的新一代基因组编辑技术--CRISPR/Cas9技术，使得基因编辑变得更为简易、高效。值得提出的是，华裔科学家张锋教授对于CRISPR/Cas9技术的发展与应用作出了重要贡献，是目前这一领域的领军人物之一。
基因编辑技术的最新发展
由于目前最为广泛应用的CRISPR/Cas9技术仍然存在着无法对所有基因序列实现编辑、可能错误编辑其余基因、切割复合体中RNA容易降解导致复合体不稳定等一些不足之处，人们主要从以下几个方面优化发展新的基因编辑技术：
1) 优化CRISPR的蛋白序列，使得其可以识别更多的序列，并且能够更为有效地编辑基因序列；
2) 寻找新的具有特异性识别和切割目的基因序列的蛋白。如张锋教授在去年报道的Cpf1，已被证实为一类新的基因编辑工具；而目前引起广泛争议和关注的我国河北科技大学韩春雨教授在今年初报道的NgAgo，如果其真的可以实现细胞内的基因编辑，也是一类新的基因编辑工具，是目前各种基因编辑工具的有效补充；近期，我国南京大学学者又开发了一类新的基因编辑工具—SGN，也引起了学界的广泛关注。
基因编辑技术的应用
随着CRISPR/Cas9等新型基因编辑技术的迅猛发展，基因编辑技术在诸多方面都有着极为广阔而光明的应用前景：
1) 畜牧业和农业方面，现在已经在包括鸡、牛、羊等重要家畜和玉米、水稻、棉花等重要经济作物中实现了基因改造，有效地提高了这些家畜和经济作物的产量和质量；
2) 医疗健康方面，一方面，对于先天性基因突变致病患者，利用基因编辑技术改正突变的基因，可以为这些疾病的彻底根治提供希望。如在2013年，我国科学家上海生化细胞所的李劲松教授就利用CRISPR/Cas9技术治愈了小鼠的白内障遗传疾病。另一方面，基因编辑技术还有望为彻底治愈一些重大疾病的提供希望，如利用基因编辑技术改造艾滋病病毒HIV-1携带者免疫细胞中的CCR5基因，可以使得细胞不再受HIV-1病毒感染，有望成为彻底战胜艾滋病的有力武器。
结语：
迅猛发展的基因编辑技术正在给我们的生活带来巨大的变化，在享受先进科学技术带来的种种福利的同时，我们也必须进一步加强对于基因编辑技术的基础研究以及应用管理，以确保这一先进技术得到正确而有效地应用。
编辑：何郑燕  鲁凡英
（专家：吴剑锋，厦门大学生命科学学院博士，科普中国微平台原创首发）

8. 基因编辑技术的应用

基因编辑技术的应用如下:
动物基因的靶向修饰
基因编辑和牛体外胚胎培养等繁殖技术结合，允许使用合成的高度特异性的内切核酸酶直接在受精卵母细胞中进行基因组编辑。 CRISPR -Cas9进一步增加了基因编辑在动物基因靶向修饰的应用范围。CRISPR-Cas9允许通过细胞质直接注射从而实现对哺乳动物受精卵多个靶标的一次性同时敲除  。
单细胞基因表达分析已经解决了人类发育的转录路线图，从中发现了关键候选基因用于功能研究。使用全基因组转录组学数据指导实验，基于CRISPR的基因组编辑工具使得干扰或删除关键基因以阐明其功能成为可能 。


植物基因的靶向修饰
植物基因的靶向修饰是基因编辑应用最广泛的领域。首先可以通过修饰内源基因来帮助设计所需的植物性状。例如，可以通过基因编辑将重要的性状基因添加到主要农作物的特定位点，通过物理连接确保它们在育种过程中的共分离，这又称为“性状堆积”。
其次，可以产生耐除草剂作物。比如，使用ZFN辅助的基因打靶，将两种除草剂抗性基因引入作物 。再次，可以用来防治各种病害如香蕉的条纹病毒 。
此外，基因编辑技术还被应用于改良农产品质量，比如改良豆油品质和增加马铃薯的储存潜力。