基因改造的實踐與人類一樣古老。幾千年來，人類一直在培育具有理想性狀的農作物、牲畜甚至寵物。這種選擇性過程會改變後代的基因組，早在人們知道基因或 DNA 之前就已經開始了，它塑造了人類文明的程序。
對於被稱為 CRISPR（成簇的規律間隔的短迴文重複序列）的基因編輯技術，有一天也可能會這樣說。在十年間，科學家們已將 CRISPR 從細菌用於阻止病毒攻擊的自然系統轉變為基因工程的分子手術刀。CRISPR 允許研究人員在特定的基因序列中進行精確的刪除或替換。它的應用已經激增，並且已經開始改變農業和疾病研究與治療的方法。
作為早期 CRISPR 研究的主要架構師之一，埃瑪紐埃爾·夏彭蒂耶與詹妮弗·杜德納和維爾吉尼尤斯·希克斯尼一起分享了 2018 年的卡弗里納米科學獎，隨後在 2020 年與杜德納共同獲得了諾貝爾獎。夏彭蒂耶與《大眾科學》定製媒體討論瞭如何利用 CRISPR 的全部力量來加強作物以應對氣候變化的影響；如何加速傳染病和遺傳疾病的治療；以及科學本身的未來。
我們能否使用 CRISPR 作為藥物來治療人類疾病？
人們對此非常感興趣。目前，CRISPR 正在被開發用於治療某些血液疾病，如鐮狀細胞病。在這種情況下，從患者身上採集造血幹細胞，並在體外使用 CRISPR 編輯與疾病相關的基因，然後將細胞返回給患者。這些基於細胞的療法正在等待 FDA 和歐洲監管機構的批准，預計第一批患者將在來年接受商業版本的治療。
對於由單個基因突變引起的疾病，如亨廷頓病和某些形式的阿爾茨海默病，將 CRISPR-Cas9 遞送到體內組織是一個瓶頸。遞送系統必須是安全的，沒有副作用。它還需要足夠精確，以靶向特定組織併為細胞提供正確數量的 CRISPR-Cas9。人們正在努力開發遞送系統，如脂質奈米顆粒和慢病毒載體，但這仍然是一個關鍵挑戰。
CRISPR 可以用來對抗傳染病嗎？
一些生物技術公司正在開發使用 CRISPR 靶向某些細菌物種 DNA 的策略。其想法是，細菌中的 DNA 修復機制相對較弱，因此 CRISPR-Cas9 切割的 DNA 不會被修復或完全複製，細菌將無法存活。這種方法在紙面上看起來不錯，但在治療細菌感染方面存在一些障礙，包括如何將 CRISPR 帶到體內的正確細菌物種。我認為 CRISPR 可能是一種很有希望的治療 HIV 等病毒的方法。研究人員可以修改 HIV 用於進入免疫細胞的 CCR5 受體。這種方法不會阻止感染，但會阻止病毒的繁殖。
Falconieri Visuals 插圖
如何使用 CRISPR 來改善農業？
CRISPR 提供了改造植物作物的可能性，這將幫助我們應對氣候變化的挑戰。一種方法是用我們認為未來會遇到的壓力型別，如氣溫上升和乾旱來挑戰植物。然後，研究人員對能夠抵抗這些壓力的植物的基因組進行測序，並識別賦予抗性的突變。然後，他們可以使用 CRISPR 來複制使植物作物能夠抵抗這些挑戰的突變。CRISPR 還可以用於定製設計為農民的土壤型別最佳化的植物，這是一種個性化的農業。氣候變化的挑戰來得比我們反應的速度還要快。如果我們不應用這些技術，世界上的某些地方將沒有足夠的食物。
我們如何確保科學事業在未來保持活力？
自疫情以來，許多博士生跳過博士後直接進入初創公司和生物科技公司。生物科技公司可以具有創新性，但我們必須確保基礎研究得到維持。過去，至少在歐洲，實驗室獲得了核心資金來進行研究，而無需不斷撰寫撥款申請。這種模式可以提供一些平衡。此外，我認為許多年輕的研究人員不希望承受擔任小組負責人的壓力，因此他們會去公司，在那裡他們可以成為團隊的一員。也許公共機構應該發展得更像公司，小組規模較小，在每個人都得到支援的環境中共同工作，並且對研究所及其專案的成功進行評估，而不是個人。
微生物是否可能蘊藏著其他我們可以利用的技術機制？
細菌與病毒之間一直處於戰爭狀態。為了生存，它們進化出了新的防禦系統。CRISPR-Cas9 就是其中之一，但我們仍在定期發現其他系統。我們在分子生物學和遺傳學中使用的技術主要來自對微生物（通常是對細菌防禦系統）進行的基礎研究。大自然有很多可以提供的東西，而且很可能比我們能想象到的任何東西都好。
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