基因编辑产物是什么

自2016年5月2日韩春雨作为通讯作者的“基因编辑技术NgAgo”论文发表引起关注、5月底质疑的声音开始出现，韩春雨实验的可重复争议，不仅科学界议论纷纷，在社会层面也引发了相关讨论。那么，基因编辑技术到底是一项怎么样的技术呢？为什么它这样备受瞩目？今天我们就一起去扒一扒基因编辑技术的“真面目”！基因编辑技术到底是个什么鬼？首先我们先介绍一下基因编辑的概念。实际上，“基因编辑”这四个字是比较简化的，严格来说我们应该称它为“基因组定点编辑技术”。这里我们要注意两个关键词，一个是“基因组”，它要在细胞核的基因组里面。另一个是“定点编辑”，因为在细胞核的基因组里面，不同的基因都有不同的位点。如果我们不是说在特定的基因组位点进行编辑的话，实际上和我们现在讨论的这个技术就大相径庭了。因为有很多其他技术可以改变细胞内的DNA组成。比如线粒体基因替代技术。还有一个就是用重组过的特异性病毒引入外源基因，但是它不能够定点，它是随机放到基因组里面的，这和我们今天要讨论的基因编辑技术都是不一样的。基因编辑技术，也就是“基因组定点编辑技术”，这个技术指的是对特定DNA片段的敲除、加入以及定点突变。基因编辑技术的历史实际上，基因编辑技术不是一个新的概念，早在90年代就开始有了。到目前为止，已经经历了三代。第一代基因编辑技术就是同源重组建立动物基因敲除（knock-out），基因敲入（knock-in）的基因突变模型。顾名思义，基因敲除（knock-out）指的是把原有的动物基因组的某些基因通过一定的技术把它从动物基因组里敲除出去；基因敲入（knock-in）则是在动物基因组某个位点上把原本不存在的基因通过一定的技术把它整合进去。基因敲除（knock-out）和基因敲入（knock-in）是通过DNA同源重组技术来完成的。这是一个非常复杂的技术。如果要做成一个成功的动物基因敲除（knock-out），基因敲入（knock-in）的基因突变模型，大概需要花费2到3年的时间，投入的资金也比较多。另外，这个技术一般来说是用于建立遗传疾病研究的动物模型，很难用于临床或者说大面积应用在农业畜牧业方面。第二代基因编辑技术是ZFN,TALEN技术。这两个技术的原理都是通过DNA核酸结合蛋白和核酸内切酶结合在一起建立一个系统。因为这些蛋白可以识别一定的核苷酸序列，通过一定设计形成的系统可以对特定的基因进行基因敲除和基因突变。第三代基因编辑技术就是最近非常火的CRISPR/Cas9 系统。它的原理就是利用核糖体结构来进行基因编辑。CRISPR/Cas9 系统经过一定的设计可以结合到靶基因上，然后对这个靶基因进行敲除、定点突变或者引入新的外源基因，来进行基因编辑。为什么第三代基因编辑技术备受瞩目？确切地说，这三代基因编辑技术到目前为止都存在一定的技术局限性。第一个比较明显的局限性就是脱靶效应。那什么是脱靶效应呢？比如原本设计是对某一个DNA靶点进行基因编辑，但是一直找一直找，却没有找到正确的靶点，实际上却跑到这个点组成相似的位点去了，这就出现了脱靶。第二个我们关注的问题就是编辑效率。任何技术都有一定的编辑效率。第三代基因编辑技术的效率要比第二代基因编辑技术高，这也是我们为什么对这三代基因编辑技术这么感兴趣的原因。还有一个问题就是基因编辑技术对同一基因可能会造成不同的基因突变类型。不同的基因突变类型混合在一起，会让检测工作变得复杂很多。在这点上，第三代基因编辑技术同样表现不俗，要比这二代基因编辑技术好很多。总的来说，为什么第三代基因编辑技术这么受大家的关注？主要得益于它以下几个优点：一是它的设计比较简单；二是它的效率比较高；三是它的价格相对便宜些；四是它的应用范围更广泛些，能针对的靶基因是比较多的。基因编辑技术有什么用?我们研究基因编辑技术，那基因编辑技术到底可以应用在哪些方面呢？主要有以下这几个方面：第一个就是可以形成不同基因型的动物模型，这从第一代基因编辑技术就开始做了。建立不同基因型的动物模型的意义在于，对遗传性疾病，这些基因和疾病之间的关系，这些模型可以给出一个比较确切的答案。这对研究遗传性疾病具有重大意义，这也是为什么大家从第一代开始就密切关注基因编辑技术的发展了。第二个主要是应用在动植物育种。不同的物种的同一个基因上，可能会存在不同的SNP。不同的SNP对正常的生理功能影响是不大的，但是却会影响一定的表型。比如水稻是不是就会更高产一些，动物的瘦肉是不是更多一些等等表型。有了基因编辑技术，在育种的过程中，我们就可以对我们最想要的某一个基因进行单点突出，以实现效益的最大化。目前为止，第三代基因编辑技术效率相比于前两代技术来说是最高的。还有一个就是对遗传疾病的治疗比较有用。目前来说，基因编辑技术主要是用在人源性的细胞上面，临床还没有用到。我们知道，很多遗传疾病都和细胞的突变有关。如果说利用基因编辑技术，我们能够把致病的基因转换成正常的基因的话，那么对家族有遗传病史的人来说，这将是一个福音。但是现在的基因编辑技术离临床治疗还远。要应用到临床上需要考虑很多问题，比如这个系统的毒性怎么样？它进去以后会不会引起什么免疫反应？因为现在基因编辑技术还存在脱靶效应，如何对我们要编辑的基因进行准确地定位是个大问题。这些都是需要研究清楚才能上临床的。（作者：胡昕华，中国科学院神经科学研究所博士。感谢中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室副研究员，科技与战略风云学会会长袁岚峰的推荐，原创作品，转载请注明出自知识就是力量微信公众号）（图片来自网络）编辑：刘伟琼本文系原创作品，商业合作及转载请联系 投稿请联系 ?

关于基因编辑婴儿，以我们的思维方式，其实很难懂得别人在担心什么。我看到，有人在说，要“人道毁灭”那两个孩子，怕他们给人类带来灾难。我也看到，有人说，这个研究不能停，即使明着停了，偷偷地也要做，怕是谁停了将来会落后挨打。其实，上面这两种结论，都来自我们的思维惯性。我们每一个人，从小就都是所谓的集体主义者，我们判断是非的唯一标准，就是这件事，对集体是否有好处，或者是否有坏处。这个集体，可以是一个小班级，小学校，小乡镇，小城市，大则可以是一个民族，以至全人类。所以，基因编辑婴儿消息刚出来的时候，最早报道的媒体，是以报喜讯的方式报的，因为它发生在中国，首发，值得骄傲。很快，网上舆论发生了翻转，大量的人开始为整个科研界担忧，为整个人类基因库的担忧，于是，各种愤怒喷涌而出，有想杀了那个主持试验的博士的，有想消灭那两个孩子的。从狂欢到狂怒，只用了一秒钟。但我们要是查一下，别人的反应，会发现，至少我没看到世界著名的科学家和机构用愤怒这样的词，无一例外，都在表达某种担忧。至少在词面上，这种担忧集中在孩子的命运上，你们看，甚至都不是为科学界担忧，更不是为人类担忧。这里，其实，有个巨大的差异，就是对个人的承认，对个人的尊重，和对个人命运的关怀。集体和个体的关系问题，是个永远的话题。人类几千年来的进步主题，其实就是对个体的逐步解放，对个体的逐步尊重。自然地，很多时候，我们需要为了集体的利益，让渡或者牺牲一些个人的利益。但是，这其中的平衡点在哪里，是社会文明和进步的重要考察指标。比较简单的纯经济问题，比如让一个人搬家，修一条有社会效益的公路。这问题很简单，最霸道的办法，就是把阻碍了修路的人家直接轰走。但现代社会一般会给与补偿，足够的补偿。但是有些问题，没这么好做决定。比如，一项医学研究，可能达成的成果显然会对社会有益，但有可能会对研究参与者构成不可逆的伤害，身体的，精神的和社会环境压力的伤害，而且经济补偿也不能逆转这些伤害造成的痛苦，那么，这项医学研究还进行么？这个问题，才是引出医学伦理问题的根本所在如果是一个集体利益至高无上的思维惯性，自然是还是要进行的。因为牺牲个别人换取巨大的集体利益是正确的。这就是我前面说的两类人的思维基础，当他们判断基因编辑婴儿有害时，会要求毁灭婴儿，当他们判断基因编辑有利于民族时，他们主张偷偷摸摸地也要做。

基因编辑是一种新兴的比较精确的能对生物体基因组特定目标基因进行修饰的一种基因工程技术。目前最高效最常用的基因编辑方法是利用CRISPR/Cas9技术进行体内体外的基因编辑。这个系统的原理是利用gRNA特异性识别靶序列，并引导Cas9核酸内切酶对靶序列的PAM上游进行切割，从而造成靶位点DNA双链断裂，随之利用细胞的非同源末端连接（NHEJ）或同源重组（HDR）的方式对切割位点进行修复，实现DNA水平的敲除、敲入或点突变。

就是按照人类自己的意志生产制造出来的生物，根本上说就是将原来随机组合的染色体dna序列，变成人为可控的，以达到目的

作者：稻米成都极谷基因   孟德尔，现代遗传学之父，发现了遗传规律，剑桥大学的两位年轻科学家沃森和克里克发现DNA是由两条核苷链组成的双螺旋结构。到目前为止，基因组的定向修饰已经在人类胚胎上进行。科学家们从未停止过对生物遗传信息的研究。那么，科学家们用什么工具来研究基因的功能，甚至编辑基因信息呢？编辑基因组就像修改文本一样。首先，在文本中找到一个错误或者想要修改它。然后删除错误或添加文本。在基因组编辑过程中，如何找到目标基因并进行编辑？随着人类基因组计划的完成和高通量测序技术的发展，人们可以获得大量序列信息，进一步激发了人们改写生物体内遗传序列信息的需求，近年来基因编辑技术发展迅速。这种特殊的生物技术能够让研究者对基因组序列或者基因转录产物进行人为编辑，以改变目的基因或调控元件的序列、表达量或功能。这一革命性技术一经问世就冲击到生命科学的各个研究领域，必将在未来相当长时间内对人类健康、疾病治疗、新药研发、物种改良以及生命科学基础研究等众多方面产生广泛而深远的影响，也是世界范围内竞争最为激烈的下一代核心生物技术。先给大家介绍一下基因编辑技术早期基因编辑技术包括归巢内切酶(homingendonuclease, HEs)、锌指核酸内切酶(zinc finger endonuclease, ZFN)和类转录激活因子效应物(trans-cription activator-like effector nucleases, TALENs)，但脱靶效应或组装复杂性限制了这些技术在基因编辑领域中的应用。近年来，以 CRISPR/Cas9 系统为代表的新型基因编辑技术飞速发展，并开始在诸多生物学领域中得到广泛应用归巢内切酶早期的基因编辑技术依赖于细胞内同源重组途径(homologous recombination, HR)将外源 DNA 序列插入基因组。通过在外源 DNA 序列两端加入同源臂，能够实现外源序列的精确整合。然而真核生物中同源重组发生频率极低，约为 1/10 6 ~1/10 9 ；并且相对于靶位点而言，外源序列更容易随机整合到基因组上其他位点，造成脱靶效应，从而限制了该技术的应用 。ZFNs锌指核酸酶(zinc finger nuclease, ZFN)是由两部分组成，首先是几个(一般为3～6个)Cys2-His2锌指蛋白(zinc finger protein,ZFP)串联组成的DNA识别域，另一部分是非特异性的核酸内切酶FokⅠ的催化结构域。通过DNA识别域识别特定的DNA序列后将催化结构域定位到目标位点，从而通过核酸内切酶的作用切断DNA形成双链断裂。其结构示意图：TALENs 技术TALENs是一种可靶向修饰特异DNA序列的酶，它借助于TAL效应子一种由植物细菌分泌的天然蛋白来识别特异性DNA碱基对。TAL效应子可被设计识别和结合所有的目的DNA序列。对TAL效应子附加一个核酸酶就生成了TALENs。TAL效应核酸酶可与DNA结合并在特异位点对DNA链进行切割，从而导入新的遗传物质。其结构示意图：CRISPR-Cas9技术CRISPR-Cas9系统最初在大肠杆菌基因组中被发现，是细菌中抵抗外源病毒的免疫系统。CRISPR-Cas9系统由两部分组成，一部分是用来识别靶基因组的，长度为20bp左右的sgRNA序列，另外一部分是存在于CRISPR位点附近的双链DNA核酸酶——Cas9，能在sgRNA的引导下对靶位点进行切割，最终通过细胞内的非同源性末端连接机制（NHEJ）和同源重组修复机制（HDR）对形成断裂的DNA进行修复，从而形成基因的敲除和插入，最终实现基因的（定向）编辑。其结构示意图：如何合理的利用这项技术：这项技术就像一个潘多拉盒，一旦打开，会有不少邪恶一连飞。主要针对基因编辑在人类治疗方面的一些问题，对政府而言，应确定基因编辑技术发展与应用的“红线”，建立明确的惩罚制度；对科研院所，进一步强调科学机构在基因编辑研究伦理审查中的主体责任；建立中国科学家关于基因编辑的伦理共识。对媒体的科普责任而言更是任重道远，从业人员要加强自身对新兴技术的理解，包括机器人、基因编辑一系列新的技术。公众也并非不可作为，要理性、谨慎态度看待任何一项科学技术进步，相信科学，远离伪科学。

蛋白质。基因通过控制蛋白质的合成来控制生物性状