【文/ 杨辉】

大家好，我是杨辉，来自中科院神经科学研究所，我的研究方向主要是基因编辑。

基因编辑可以说是21世纪生命科学最重要的一个技术之一。我们既可以用它来改善动植物的优良性状，也可以用来防治病虫害，还可以治疗疾病，更有些科学家在幻想着结合克隆技术来复活一些灭绝的生物，比如说猛犸象。

而基因编辑技术，其实最主要的用途是用来治疗各种各样的疾病，包括癌症、心血管疾病、老年痴呆，以及一些感染性的疾病。今天我主要给大家讲基因编辑最重要的一个方面，就是如何治疗单基因遗传性的罕见病。

基因想必大家都知道，就是有遗传效应的DNA片段。我们的DNA由31亿多个碱基对组成，这31亿多个碱基对是由ATCG4种碱基有机地排列组合组成。

我们大概含有20000到25000个基因。虽然每个人都千差万别，但是即便我跟爱因斯坦相比，基因组都是非常非常相近的，不足1%的差异。爱因斯坦和黑猩猩，大家猜猜有多大的差异？其实也就比1%多一点点，但是爱因斯坦智商有200，黑猩猩智商大概70左右，大概相当于七八岁的孩子。

所以基因任何的微小变化都可能会改变我们重大的功能性状。在一个极端情况下，即便是一个碱基的变化都能导致基因功能的改变或者缺失，导致疾病。而我们几乎有50%的单基因的遗传病，都是由于一个碱基变化导致的。

所以科学家就想，是否能有一把镊子把这个碱基给换掉，这样就可以达到疾病治疗的目的。想法是非常的简单，但是要实现起来非常非常的难。为什么呢？

首先DNA非常地小，只有2纳米，比头发丝还要细200倍，所以用一个镊子来操作是非常非常困难的。另外只有一个碱基的变化，但是我们基因组有31亿个碱基对，要找到它都非常地困难，并且找到的同时是否会引起另外31亿个碱基的破坏呢？也是无法得知的。

所以科学家一直在追求一种方法，我们称之为基因编辑。基因编辑是对DNA，在特定的片段进行DNA小片段的插入、敲除或者替换。

要实现这个目的要有三个过程。首先是识别，需要找到它，找到特定的位置，特定的突变，这是最关键的部分。找到这个突变之后就要将突变给剪掉。剪掉之后再提供一个正常的模板，然后进行修复。

第一个过程，找到这个特定的位置，非常关键，也非常难。关键在于只改变想要改造的基因，不破坏其他的基因，不然没实现目的，反而可能引起许多不良的后果，刚刚也说了，一个碱基的改变也可能引起致命的危害。为什么说非常难呢？大家可以想象，30亿的碱基里面你就选择1个或几个碱基进行编辑，光找到它们也不容易吧。即便有门牌号码也得找好半天吧。

所以我博后的老板，MIT的Rudolf Jaenisch等不及了。在他博后期间，70年代，那时他才30岁左右，和我现在差不多大，就有了个异想天开的想法，直接不找门牌号码了，先实现改变基因组再说。

但是动物的个体有许许多多细胞，如何实现许多细胞DNA的改变呢？正好当时是试管婴儿刚刚出现，所以他就想到，如果直接改变受精卵，之后这个胚胎最终发育成个体，是否它所有的细胞就会带有这个基因的突变呢？他这么想也这么去做了。

他将病毒的DNA直接注射到受精卵中，然后移入到小鼠妈妈体内。过了三周之后他获得了小鼠，进行基因鉴定，发现确实所有小鼠的细胞都带有这个病毒的DNA，而且这个DNA能够传递下去，它的后代也带有这个DNA。

Rudolf Jaenisch因为这个发现被评为美国科学院院士，受到了总统接见。但是非常遗憾，这项技术与诺贝尔奖失之交臂。为什么呢？我们可以看到，最关键的是，病毒插入到基因组的方式是一个随机的插入，不是定点的插入。随机就有可能造成伤害，还没有达到最好的效果。严格意义上来说算不上基因编辑。

十几年之后，另外两位科学家真正实现了定点的基因编辑，也因此获得了2007年的诺贝尔奖。

之后的20多年，基因编辑技术经过了几代的发展，直到2012年发展到第三代，我们叫做CRISRP-Cas9的技术之后，基因编辑才变成几乎每个实验室都可以操作的技术了。