本文刊载于2022年1月/2月号的《Discover》杂志。订阅即可无限制地访问我们的档案。
CRISPR-Cas9基因编辑工具在过去一年中再次进入了未知领域——从多个方面来看都是如此。
最值得注意的是，这种基因编辑器——它就像分子剪刀一样，可以剪切DNA并插入、删除或修改基因——开始在人体患者体内发挥作用。在一项里程碑式的试验中，来自英国和新西兰的一组科学家表明，CRISPR可以成功地在人体内编辑基因。他们的工作涉及六名患有罕见遗传疾病“转甲状腺素淀粉样变性”的患者，并于6月发表在《新英格兰医学杂志》上。该疾病的遗传形式源于TTR基因的突变，该基因产生一种名为转甲状腺素的蛋白质。随着畸形的淀粉样蛋白在患者的神经和心脏中积聚，导致逐渐衰弱的症状，并最终导致死亡。
通过敲除失功能的TTR基因，研究人员希望能够停止有害蛋白质的产生，从而有效地阻止疾病的进展。他们通过将CRISPR基因编辑器——包裹在脂质纳米颗粒中，并携带一段RNA作为TTR基因的向导——注射到患者体内来实现这一点。这项试验标志着科学家首次直接在人体内使用CRISPR。另一项于2020年宣布的试验，将CRISPR注射到眼部；早期结果令人鼓舞。
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伦敦大学学院的临床研究员、该研究的合著者朱利安·吉尔莫尔（Julian Gillmore）表示，转甲状腺素淀粉样变性患者的初步结果似乎非常积极。研究人员观察到，较高剂量的治疗使患者血液中的转甲状腺素水平平均降低了87%。吉尔莫尔表示，进一步进行更大剂量试验可能会产生更显著的效果。
这项突破性进展可能为转甲状腺素淀粉样变性提供一种治疗方法，甚至可能逆转其影响。吉尔莫尔说，如果转甲状腺素的产生水平足够低，身体将开始比其产生速度更快地清除这种蛋白质。最终，这种方法可能为转甲状腺素淀粉样变性患者带来改变人生的益处。
前所未有的基因编辑之旅
在基因编辑器的更大胆的探索前沿，科学家们还报告了首次在太空中成功使用CRISPR。在一项于2019年在国际空间站（ISS）进行并去年发表的实验中，宇航员克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）、尼克·黑格（Nick Hague）和大卫·圣雅克（David Saint-Jacques）使用该工具在微重力环境下改变了酵母细胞的基因组——为未来地球以外的DNA实验铺平了道路。
美国宇航局宇航员克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）在微重力环境下使用CRISPR生成和修复酵母细胞中的DNA断裂。（图片来源：NASA）
美国宇航局
令人惊讶的是，这项实验并非由资深科学家提出，而是由一群明尼苏达州的高中生提出的。在与“太空基因”（Genes in Space）组织合作时，该组织将基因实验送往国际空间站，这些学生希望测试在宇宙射线会损伤DNA的太空中，基因修复是如何工作的。
安全地模拟这种基因损伤被证明是困难的。“你不可能把高能辐射[机器]送到空间站，”“太空基因”组织的生物学家、该研究的合著者艾米丽·格里森（Emily Gleason）说。但CRISPR可以剪切DNA，从而造成自己的基因损伤。在将基因编辑器对准酵母细胞基因组的精确区域，并观察到该技术标志性的基因修复——包含一个修改后的基因序列——后，学生们报告说，CRISPR在微重力下也能正常工作。
这一结果为未来在外太空进行基因编辑工作打开了大门，这在未来进行前往火星及更远的长期任务时可能会派上用场。“在太空中随意编辑细胞的能力，在更长期的任务中可能非常有用，”格里森说。
