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冰雨茗香
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shally9073

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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”!(图片来自网络)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。(图片来自网络)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。(图片来自网络)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。
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发生学是中华的辩证法用语。以最简洁方式概括:《道德经》和《资本论》具有结构的“巧合”:道和德规定的相互推动和彼此间的有机交融。《资本论》在成书结构上分成四个层次:历史发生学(道,历史生产→再生产过程);系统发生学(德,再生产→流通过程);现象发生学(道和德的生活形式,流通→生活过程);认识发生学(道和德的认识形式,生活→认识过程)。这其实是逻辑发展的必然,摹写的是“以历史生产为基础的时间过程”、“以社会再生产为基础的空间过程”、“以流通为基础的现象过程”和“以经济生活批判为基础的认识过程(抽象上升到具体”。这种辩证法的“四肢结构”完成了对社会历史有机体的整体刻画,书写了一部商品经济形态的“整史”。历史的理论概念、批判=发展的方法论概念得以发掘出来;进而,中国社会主义市场经济的根据亦可以从中得到锁定。整体看,这是“保卫资本论”的学术价值、工作意义和建设路径。 该著 ,在成书前分别发表了四篇《资本论》“发生学文章”。《资本论第一卷的逻辑:历史发生学》《当代经济研究》2011年第7期:【摘要】概括起来说,《资本的生产过程》实践的逻辑是:第1篇——商品(货币)跃身为货币(商品)过程,说明资本发生的前史;第2篇——货币转化为资本过程,说明资本发生的转化史;3~6篇——剩余价值生产过程,说明资本发生的正在进行史;第7篇——资本积累过程,说明资本发生的整体运动史。资本(历史)发生学提炼资本主义的生成和发展原则,使《资本论》成为资本主义社会有机结构的系统逻辑学。该特殊逻辑旨在统一研究对象和研究方法,高度凸显政治经济学的学科方法论。 《资本论第二卷的逻辑:系统发生学》《当代经济研究》2012年第1期:【摘要】《资本的流通过程》即《资本论》第二卷,是对“阶级科学”的具体实践、对“阶级结构”的具象化。第1篇刻画资本循环运动条件,说明资本结构一次系统的生成过程;第2篇刻画资本周转运动条件,说明资本结构多次系统的生成过程;第3篇以资本结构的活的层级递进运动为基础和依托,刻画并说明社会再生产整体系统的生成过程。实践行程内在化了历史和存在的结合,将其构造为特殊科学和特殊方法。系统发生学的方法论意蕴在于达成对“辩证法主义”、“科学主义”的内在抵制,从根本上拒绝一切非历史的现象主义和解释学的分析进路。 《资本论第三卷的逻辑:现象发生学》《经济评论》2012年第1期:【摘要】《资本论》作为总体逻辑,是对统一历史对象——资本主义社会——的发展过程和运动形式的概括。第三卷作为现象发生学与第一卷和第二卷共生,揭明资本存在的“秘密”:1-3篇以价值具体地生长为资本主义价格的过程,说明经济利润的一态系统;4-6篇以“阶级斗争Ⅰ”的社会生长过程——利润率趋向下降的现实展开机制,说明经济利润的多态系统;以“阶级斗争Ⅱ”的社会生长过程——利润率趋向下降的深化形式,说明经济利润的虚拟运动系统;终篇以阶级生活图像的定格化过程——“分配假象”及其破除,揭明资产阶级认识论的规定性。研究表明:政治经济学批判与阶级分析是等同的方法论范畴,旨在根除“伪科学”对经济理论建构的影响,终结“庸俗”,使科学还原为推动历史生长的革命性力量。 《资本论第四卷的逻辑:认识发生学》《当代经济研究》2012年第10期:【摘要】《资本论》第四卷实践的逻辑是:范畴发生的认识机理。在这种意义上,它使范畴的“生产”实践化,首要性地贯彻了“认识”由“历史”生产的原则。历史部分和理论部分的相互构成形成总的写作逻辑,历史部分确立了后续研究的理论指针。方法论意蕴是:(1)根据历史生产方式的“自然生长”,显露范畴的内核的生理结构———(剩余)价值;(2)由范畴生产上的层级运动,揭示“结构生长”的历史性;(3)通过“理论”的总体生产,最大程度地彰显方法论批判和认识论批判的内在结合性,具象出政治经济学批判的实践工作路线。因此,它否决了考茨基非法编纂《剩余价值学说史》的错误要求。《资本论》整体上也就统一了“两种认识发生学”,即历史(发展)的逻辑和认识(发展)的逻辑,统一了历史的方法与范畴的方法。这种整体性研究树立了政治经济学方法论的构造典范。 让我们荡起“国学马克思主义+中国经济学”双桨。马克思的航程乃是“历史”到“逻辑”,再到“历史”。它的内在的方法、逻辑和工作话语是“历史唯物主义发生学”,这是中华条件下的马克思的“我的辩证方法”工作语境,由此,我们可以在历史探究方面合并叙述“农业史的经典著作——《道德经》”和“工业史的经典著作——《资本论》”。《资本的生产过程》可以说明为历史发生学的“逻辑”;《资本的流通过程》可以说明为系统发生学的“逻辑”;《资本主义生产的总过程》可以说明为现象发生学的“逻辑”;《剩余价值理论》可以说明为认识发生学的“逻辑”。将历史发展过程说明为由这些“史”的内容和形式的统一规定所构筑,乃是升华了《资本论》的工作逻辑。 《资本论》的艺术高度:社会客观批判。总体看,《资本论》对历史发展进行“无缝对接”的研究方式与黑格尔方式的区别的一个紧要之处在于接纳辩证法工作批判规定的同时,驱散了笼罩在它的头上的“结构主义”迷雾,其结果是驱除了一切的资产阶级的“认识迷雾”——形式主义、科学主义以及知识生产的唯心主义。《资本论》逻辑唯其“艰深”,因此难以为普通的读者所清晰地理解,以致在“通俗化”的道路上难以避免充满着“各种误读”!有鉴于此,我们需要走出纯粹的文本研究,在把文本还原到“历史语境”中求其“逻辑精义”。这是所谓的“唯物史观在文本中的阐释和运用”(许光伟,2015),以及实现“科学解读:历史唯物主义方法”(张志丹、侯惠勤,2007)。本文是对拙著《保卫<资本论>——经济形态社会理论大纲》(2014a)写作主旨进行工作介绍的专题论文。该著追求研究工作的实践化和叙事风格的中华化。主旨是揭示中国政治经济学的以下的三个基本问题:第一,严格区分政治经济学的对象和政治经济学的研究对象;第二,从政治经济学方法论上界分“物”和“事”,相应严格区分“物的科学”和“事的科学”;第三,实现工作逻辑上的“回家·回历史·回中国”意义的历史过程研究以及辩证叙事和批判叙述的统一。由此可见,《资本论》既是理论著作,也是具有辩证叙述要求的一部史书,归根结底,是“书写历史”的社会客观批判的工作体系。内在逻辑红线是“商品批判——资本批判”。此架构与“科学实证主义”无涉,在于内在剖析“价值之道”、“价值之德”以及“资本之道”、“资本之德”,奠立“事的科学”基础。这种研究使历史建立为“实践的对象”,产生认识,又进一步使逻辑建立为“认识的对象”,产生理论,从而完成了对于“康德主义知识论”的真正走出。

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DNA是绝大部分生物的遗传信息的储存介质,由腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)四种核苷酸组成,并且严格遵守A-T,C-G的碱基互补配对原则,DNA链上这四种核苷酸的排列信息就是生物体的主要遗传信息。基因是控制生物性状的基本遗传单位,即一段携带特定遗传信息的DNA序列,主要通过翻译出对应的效用蛋白发挥功能。图 DNA的结构示意图(图片来自网络)基因异常往往导致各种疾病的发生:如在超过50%的人类肿瘤中都能检测到编码p53蛋白的基因的突变(丧失活性);Rag1等基因的突变会导致重症联合免疫缺,患儿终生不能接触外界空气,只能终生生活在隔绝容器内(图2)。图 终生生活在隔离容器内的美国男孩大卫·维特什么是基因编辑技术?基因编辑技术是指特异性改变目标基因序列的技术。目前主要的基因编辑技术都是基于如下原理发展而来的:在细胞内利用外源切割复合体特异性识别并切割目的基因序列,在目的基因序列上制造断裂端,这种断裂端随即会被细胞内部的DNA损伤修复系统修复,重新连接起来。在此修复过程中,当有修复模板存在时,细胞会以修复模板为标准进行修复,从而实现对基因序列的特异性改变,即基因编辑(图3)。图3 基因编辑技术的基本原理示意图要实现基因编辑,外源切割复合体必须满足两个条件:① 切割复合体必须可以特异性地识别和结合至目的基因DNA序列上,这是各种基因编辑技术的主要差异所在,也是发展基因编辑技术的最大困难所在;② 切割复合体必须具有切割DNA,制造断裂端的功能;基因编辑技术的简要发展历史自1953年沃森和克里克两位科学家提出DNA的双螺旋结构以来,人们一直都在积极探索着高效便利的基因编辑技术:上世纪80年代,科学家在小鼠胚胎干细胞中通过基因打靶技术实现了基因编辑(2007年诺贝尔生理医学奖),但此技术在其余细胞内效率极低,应用受到了极大的限制;上世纪90年代,基于细胞内不同锌指蛋白可特异性识别DNA上3联碱基的特征以及核酸酶FokI二聚化后可以切割DNA的特点,人们通过锌指蛋白偶联Fokl的策略逐渐发展出了一种新的基因编辑技术--锌指蛋白核酸酶技术(Zinc Finger Nucleases, ZFNs)。但此技术专利被公司垄断,且锌指蛋白数量有限,可以识别的DNA序列数量有限,其应用也受到了很大的限制。随后,基于改造后的植物病原菌中黄单胞菌属的TAL蛋白可以特异性识别DNA中一个碱基的特性,人们又发展出了新的基因组编辑技术--转录激活样因子核酸酶技术(Transcription activator-like effector nucleases, TALENs)。此技术理论上可以实现对任意基因序列的编辑,但其操作过程较为繁琐,一定程度上限制了其应用。近年来,基于细菌规律成簇的间隔短回文重复序列(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats,CRISPR)系统发展而来的新一代基因组编辑技术--CRISPR/Cas9技术,使得基因编辑变得更为简易、高效。值得提出的是,华裔科学家张锋教授对于CRISPR/Cas9技术的发展与应用作出了重要贡献,是目前这一领域的领军人物之一。基因编辑技术的最新发展由于目前最为广泛应用的CRISPR/Cas9技术仍然存在着无法对所有基因序列实现编辑、可能错误编辑其余基因、切割复合体中RNA容易降解导致复合体不稳定等一些不足之处,人们主要从以下几个方面优化发展新的基因编辑技术:1) 优化CRISPR的蛋白序列,使得其可以识别更多的序列,并且能够更为有效地编辑基因序列;2) 寻找新的具有特异性识别和切割目的基因序列的蛋白。如张锋教授在去年报道的Cpf1,已被证实为一类新的基因编辑工具;而目前引起广泛争议和关注的我国河北科技大学韩春雨教授在今年初报道的NgAgo,如果其真的可以实现细胞内的基因编辑,也是一类新的基因编辑工具,是目前各种基因编辑工具的有效补充;近期,我国南京大学学者又开发了一类新的基因编辑工具—SGN,也引起了学界的广泛关注。基因编辑技术的应用随着CRISPR/Cas9等新型基因编辑技术的迅猛发展,基因编辑技术在诸多方面都有着极为广阔而光明的应用前景:1) 畜牧业和农业方面,现在已经在包括鸡、牛、羊等重要家畜和玉米、水稻、棉花等重要经济作物中实现了基因改造,有效地提高了这些家畜和经济作物的产量和质量;2) 医疗健康方面,一方面,对于先天性基因突变致病患者,利用基因编辑技术改正突变的基因,可以为这些疾病的彻底根治提供希望。如在2013年,我国科学家上海生化细胞所的李劲松教授就利用CRISPR/Cas9技术治愈了小鼠的白内障遗传疾病。另一方面,基因编辑技术还有望为彻底治愈一些重大疾病的提供希望,如利用基因编辑技术改造艾滋病病毒HIV-1携带者免疫细胞中的CCR5基因,可以使得细胞不再受HIV-1病毒感染,有望成为彻底战胜艾滋病的有力武器。结语:迅猛发展的基因编辑技术正在给我们的生活带来巨大的变化,在享受先进科学技术带来的种种福利的同时,我们也必须进一步加强对于基因编辑技术的基础研究以及应用管理,以确保这一先进技术得到正确而有效地应用。编辑:何郑燕  鲁凡英(专家:吴剑锋,厦门大学生命科学学院博士,科普中国微平台原创首发)

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