基因剪刀和基因编辑(2)
2010年12月，加拿大拉瓦尔大学的西尔万·莫伊诺证实了Cas9可以在crRNA的指导下切割特定序列的DNA。
2011年7月，立陶宛科学家维吉尼亚斯·斯克斯尼斯在大肠杆菌中重组了嗜热链球菌的CRISPR系统，提出CRISPR-Cas9要成为一把精准有效的基因剪刀至少需要Cas9、crRNA和反式激活crRNA(tracrRNA)。
2012年8月，卡彭蒂耶和杜德纳发表论文，揭示CRISPR-Cas9基因剪刀可以进行准确的基因编辑。她们对CRISPR-Cas9系统进行了简化，将tracrRNA与crRNA嵌合成一条单链向导(sgRNA)，只需sgRNA和Cas9蛋白两个组分即可靶向特定的序列，至此CRISPR-Cas9这种高效简单的基因组编辑技术(基因剪刀)问世。
2013年1月，麻省理工学院教授、华裔科学家张锋和哈佛大学医学院教授乔治·邱奇同时在《科学》杂志上分别发表论文，证明CRISPR-Cas9可以编辑哺乳动物细胞基因，而且成功地编辑了小鼠和人类细胞的基因。几周之后，杜德纳实验室也发表了类似的结果。
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因此有人认为，张锋也有可能因为发现CRISPR-Cas9可应用于人类细胞而获得诺贝尔奖，并且张锋与杜德纳等人在过去也打了多起关于CRISPR-Cas9技术应用的专利官司，双方各有胜负。而且石野良纯因为首先发现了CRISPR也可能获奖，另外西班牙的莫伊卡最先认识到CRISPR的重要性，并且对其从结构到功能的揭示都有卓越贡献，也应当获奖。但是，在诺贝尔奖委员会看来，在发现CRISPRCas9基因剪刀的过程中，只有卡彭蒂耶和杜德纳二人的成果才是最关键的核心贡献。
作为一种比较精准而高效的基因剪刀，CRISPR-Cas9在各个领域，如生物、医学、农业、化学等方面有着广泛的用武之地。这种基因剪刀可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因，包括人、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞内的基因，因此，它是一种用途极为广泛的生物技术。
在农作物方面，人们可以利用这一基因剪刀来生产抵抗霉菌、害虫和干旱的农作物，而且已经取得了不少成果。2019年，肯尼亚国际热带农业研究所的雅因达拉·特里帕斯团队就采用基因剪刀CRISPR-Cas9剪切了一种大香蕉基因组中的病毒DNA，使其不再让香蕉产生条纹病。与未经基因编辑的大香蕉相比，经过编辑的大香蕉有75%没有出现香蕉条纹病毒症状，这也意味着即便暴露在干旱压力下，也能让这种香蕉不受病毒的侵害，让香蕉保产和增产。
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在改造动物基因方面，基因剪刀也表现出了重要的价值。中国南京医科大学生殖医学国家重点实验室等机构的研究团队利用CRISPRCas9基因剪刀，首次在全球创造和孕育了两只靶向基因编辑猴。创造靶向基因编辑猴的目的是建立猴子疾病模型，用来模拟人类、试验药物和治疗遗传病，从而降低药物研究和以人为试验对象的风险。
研究人员利用CRISPR-Cas9基因剪刀修改了3个基因，即调节代谢的基因Ppar-γ、调节免疫功能的基因Rag1以及调节干细胞和性别决定的基因。研究人员在180多个单细胞期猴胚胎中同时靶向编辑了这3个基因，然后对15个胚胎的基因组进行测序，结果发现其中有8个胚胎显示出两个靶基因同时突变的证据。这两个基因就是调节代谢的基因Ppar-γ和调节免疫功能的基因Rag1。此后，研究人员将这种经过遗传修饰的胚胎转移到代孕母猴体内，其中一只母猴分娩出了一对孪生猴。对这对孪生猴的基因组进行检测后发现，它们的DNA中确实存在两个突变的靶基因。也因此把这两只猴称为靶向基因编辑猴。
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2014年，美国贝勒医学院张普民研究团队也采用CRISPR-Cas9基因剪刀制造出了能够产生人类白蛋白的基因编辑猪。
CRISPR-Cas9基因剪刀工作原理图示，crRNA序列中与靶序列互补的部分称为间隔子。为了使Cas9发挥作用，需要一个特定的原间隔子相邻基序(PAM)，该基序取决于Cas9基因的细菌种类。(图片来源：https：//www.nobelprize.org/prizes/ chemistry/2020/press-release)
2016年初，包括张锋在内的多个研究机构的团队利用CRISPR-Cas9基因剪刀来治疗动物的杜兴氏肌肉萎缩症遗传病，结果提高了它们的预期寿命和生活质量，这显然是为治疗人的杜兴氏肌肉萎缩症进行的動物试验。
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此外，邱奇团队也正在利用CRISPR-Cas9基因剪刀来大量编辑猪的基因，去除猪的基因中对人有害的微生物，使其可以为人类提供器官，从而解决人体器官移植供不应求的现状。
CRISPR-Cas9基因剪刀同样存在短板和缺陷，最大的短板是它可能脱靶，即这一基因剪刀可能会在DNA错误的位置进行剪切，或脱离原有的设计目标，造成意外伤害。如果是用于治疗人的疾病，就有可能产生不可预控的严重后果。
2018年9月，《自然方法》发表一篇文章指出，在对小鼠的试验中，CRISPR确实能够成功矫正引发失明的基因，从而治疗小鼠的失明。但是，有两只接受基因剪刀治疗的小鼠的基因组中存在超过1500个单核苷酸突变以及超过100处更大基因片段的缺失和插入。这便是脱靶造成的后果，而且可能危及小鼠的生命。
目前已知有超过4000种遗传性单基因疾病，影响全球超过1%的新生儿。从理论上讲，可以利用CRISPR-Cas9基因剪刀剪掉致病基因，以预防这些疾病，让每个家庭都获得健康婴儿。这显然比胎儿出生前的基因检测更先进。, http://www.100md.com(田地)
2011年7月，立陶宛科学家维吉尼亚斯·斯克斯尼斯在大肠杆菌中重组了嗜热链球菌的CRISPR系统，提出CRISPR-Cas9要成为一把精准有效的基因剪刀至少需要Cas9、crRNA和反式激活crRNA(tracrRNA)。
2012年8月，卡彭蒂耶和杜德纳发表论文，揭示CRISPR-Cas9基因剪刀可以进行准确的基因编辑。她们对CRISPR-Cas9系统进行了简化，将tracrRNA与crRNA嵌合成一条单链向导(sgRNA)，只需sgRNA和Cas9蛋白两个组分即可靶向特定的序列，至此CRISPR-Cas9这种高效简单的基因组编辑技术(基因剪刀)问世。
2013年1月，麻省理工学院教授、华裔科学家张锋和哈佛大学医学院教授乔治·邱奇同时在《科学》杂志上分别发表论文，证明CRISPR-Cas9可以编辑哺乳动物细胞基因，而且成功地编辑了小鼠和人类细胞的基因。几周之后，杜德纳实验室也发表了类似的结果。
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因此有人认为，张锋也有可能因为发现CRISPR-Cas9可应用于人类细胞而获得诺贝尔奖，并且张锋与杜德纳等人在过去也打了多起关于CRISPR-Cas9技术应用的专利官司，双方各有胜负。而且石野良纯因为首先发现了CRISPR也可能获奖，另外西班牙的莫伊卡最先认识到CRISPR的重要性，并且对其从结构到功能的揭示都有卓越贡献，也应当获奖。但是，在诺贝尔奖委员会看来，在发现CRISPRCas9基因剪刀的过程中，只有卡彭蒂耶和杜德纳二人的成果才是最关键的核心贡献。
实际应用
作为一种比较精准而高效的基因剪刀，CRISPR-Cas9在各个领域，如生物、医学、农业、化学等方面有着广泛的用武之地。这种基因剪刀可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因，包括人、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞内的基因，因此，它是一种用途极为广泛的生物技术。
在农作物方面，人们可以利用这一基因剪刀来生产抵抗霉菌、害虫和干旱的农作物，而且已经取得了不少成果。2019年，肯尼亚国际热带农业研究所的雅因达拉·特里帕斯团队就采用基因剪刀CRISPR-Cas9剪切了一种大香蕉基因组中的病毒DNA，使其不再让香蕉产生条纹病。与未经基因编辑的大香蕉相比，经过编辑的大香蕉有75%没有出现香蕉条纹病毒症状，这也意味着即便暴露在干旱压力下，也能让这种香蕉不受病毒的侵害，让香蕉保产和增产。
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在改造动物基因方面，基因剪刀也表现出了重要的价值。中国南京医科大学生殖医学国家重点实验室等机构的研究团队利用CRISPRCas9基因剪刀，首次在全球创造和孕育了两只靶向基因编辑猴。创造靶向基因编辑猴的目的是建立猴子疾病模型，用来模拟人类、试验药物和治疗遗传病，从而降低药物研究和以人为试验对象的风险。
研究人员利用CRISPR-Cas9基因剪刀修改了3个基因，即调节代谢的基因Ppar-γ、调节免疫功能的基因Rag1以及调节干细胞和性别决定的基因。研究人员在180多个单细胞期猴胚胎中同时靶向编辑了这3个基因，然后对15个胚胎的基因组进行测序，结果发现其中有8个胚胎显示出两个靶基因同时突变的证据。这两个基因就是调节代谢的基因Ppar-γ和调节免疫功能的基因Rag1。此后，研究人员将这种经过遗传修饰的胚胎转移到代孕母猴体内，其中一只母猴分娩出了一对孪生猴。对这对孪生猴的基因组进行检测后发现，它们的DNA中确实存在两个突变的靶基因。也因此把这两只猴称为靶向基因编辑猴。
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2014年，美国贝勒医学院张普民研究团队也采用CRISPR-Cas9基因剪刀制造出了能够产生人类白蛋白的基因编辑猪。
CRISPR-Cas9基因剪刀工作原理图示，crRNA序列中与靶序列互补的部分称为间隔子。为了使Cas9发挥作用，需要一个特定的原间隔子相邻基序(PAM)，该基序取决于Cas9基因的细菌种类。(图片来源：https：//www.nobelprize.org/prizes/ chemistry/2020/press-release)
2016年初，包括张锋在内的多个研究机构的团队利用CRISPR-Cas9基因剪刀来治疗动物的杜兴氏肌肉萎缩症遗传病，结果提高了它们的预期寿命和生活质量，这显然是为治疗人的杜兴氏肌肉萎缩症进行的動物试验。
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此外，邱奇团队也正在利用CRISPR-Cas9基因剪刀来大量编辑猪的基因，去除猪的基因中对人有害的微生物，使其可以为人类提供器官，从而解决人体器官移植供不应求的现状。
伦理和限制
CRISPR-Cas9基因剪刀同样存在短板和缺陷，最大的短板是它可能脱靶，即这一基因剪刀可能会在DNA错误的位置进行剪切，或脱离原有的设计目标，造成意外伤害。如果是用于治疗人的疾病，就有可能产生不可预控的严重后果。
2018年9月，《自然方法》发表一篇文章指出，在对小鼠的试验中，CRISPR确实能够成功矫正引发失明的基因，从而治疗小鼠的失明。但是，有两只接受基因剪刀治疗的小鼠的基因组中存在超过1500个单核苷酸突变以及超过100处更大基因片段的缺失和插入。这便是脱靶造成的后果，而且可能危及小鼠的生命。
目前已知有超过4000种遗传性单基因疾病，影响全球超过1%的新生儿。从理论上讲，可以利用CRISPR-Cas9基因剪刀剪掉致病基因，以预防这些疾病，让每个家庭都获得健康婴儿。这显然比胎儿出生前的基因检测更先进。, http://www.100md.com(田地)