首份CRISPR基因编辑的蔬菜大餐,你敢吃吗？

首份CRISPR基因编辑的蔬菜大餐,你敢吃吗？

2016年09月10日讯 在2014年8月13日，发表在Cell子刊《Trends in Biotechnology》的一项研究称，基因组精确编辑技术的最新研究进展，增加了这样一种可能性：不需要引入外源基因，就可以对水果和其他作物进行遗传改良。

以快捷、简易且经济而著称的CRISPR技术，正在农业界引爆一场变革--多家公司已开始争相种植基因编辑作物，以期这些农作物最终能够进入市场。

最近，通过“基因剪刀”CRISPR-Cas9修饰的转基因蔬菜已经收获并被烹饪，这可能是有史以来第一顿用基因编辑蔬菜烹制的大餐。瑞典于默奥大学（Ume? University）的植物细胞与分子生物学教授Stefan Jansson，向电台展示了用“CRISPRy”蔬菜烹制的意大利面。虽然这顿饭只够两个人吃，但它仍然向着“未来科学可以更好地为世界各地的农民和消费者提供健康、美丽和耐寒的植物”，迈出了重要的第一步。

CRISPR-Cas9是一个复杂的名字，但是这项技术能够容易地改变一个生物体的基因。这一决定性的发现由于默奥大学的研究人员发表在2012年，科学家预测，这把“遗传工程的瑞士军刀”可能会改变世界。有了CRISPR-Cas9技术，研究人员就可以将生物体基因组中存在的数十亿个“字母”进行替换（例如，由DNA组成的整个基因库），或去除短的片段，就像你在文字处理器上编辑文字一样。这一技术被称为“基因编辑”或“基因组编辑”。

CRISPR的第一个临床应用正在进行中；也许我们可以很快使用这种技术，来治愈遗传性疾病。然而，在农业领域的情况则有所不同。在农业领域，问题不在于研究人员是否可以培育出某些作物，从而导致更加可持续发展的土地管理，而是，这些作物是否将被允许用于农业种植。利用CRISPR-Cas9进行基因组编辑的作物，是否应该受到转基因立法的调控呢？如果受转基因立法调控，那么它们在世界各地的种植就是非法的。如果不受转基因立法调控，它们就会像其他植物一样，农民可以根据自己的判断进行种植。

欧盟（EU）一直回避回答这个问题，但在2015年十一月，瑞典农业委员会解释了相关法律，如果只有一部分DNA已被删除，并没有“外源DNA”被插入，那么它就不被视为一种转基因生物（GMO）。这也意味着，即便没有事先许可，这些作物也可以种植。在2016年春季，美国当局表示他们同意这一说法。正在讨论的生物是一种蘑菇，其失去了一部分DNA，这部分DNA能使它变成棕色。这开辟了“未来利用该技术来培育植物”的新局面。

这个夏天，使用CRISPR-Cas9进行基因编辑的植物--以一种不会将植物分类为GMO的方式，已经获准在实验室外面栽培。这在欧洲绝对是第一次，即使在世界其他地方有种植，也是保密的。这一次，瑞典广播电台园艺节目“Odla med P1”参加了一种圆白菜的作物收割，从而带来了可能是有史以来第一顿CRISPR-Cas9基因组编辑蔬菜烹制的大餐。

植物科学家Stefan Jansson说：“正在讨论的CRISPR蔬菜，生长在于瑞典北部默奥大学外面花园的一个托盘里，既不是特别的与众不同，也不比其他什么蔬菜更漂亮。”但它们代表了农业的一个新阶段，在这个阶段，科学进步将在新的植物物种中实现，到一个小或大的程度时，将提供给世界各地的农民。

新手指南：如何设计CRISPR实验进行基因组编辑

十年前，当研究人员开始解析细菌和古细菌中一个称为 CRISPR 结构的时候，他们并没有预料到这会给基因编辑世界带来一场风暴。在过去的这一年半时间里，CRISPR 方法已迅速席卷了整个动物王国，成为 DNA 突变和编辑的一种“马上”技术——迄今为止在几乎每种实验细胞类型中都能起作用，包括人类细胞，小鼠，斑马鱼和果蝇细胞；这种技术也易于操作，已经有两个研究组利用 CRISPR 分析了人类细胞中几乎每个基因单突变（详细报道 Science：CRISPR/Cas9加速基因挖掘；Science：张峰建立CRISPR/Cas9人细胞敲除体系）。就在最近，CRISPR 还帮助研究人员完成了携带特殊基因中断（gene disruptions）的工程猴，这项壮举此前曾在小鼠中实现过，但未在灵长类动物中完成过（详细报道 Cell：中国科学家利用CRISPR/Cas9技术构建基因工程猴）。 CRISPR 本身是一种防御系统，用以保护细菌和古细菌细胞不受病毒的侵害。在这些生物基因组中的 CRISPR 位点能表达与入侵病毒基因组序列相匹配的小分子 RNA。当微生物感染了这些病毒中的一种，CRISPR RNA 就能通过互补序列结合病毒基因组，并表达 CRISPR 相关酶，也就是 Cas，这些酶都是核酸酶，能切割病毒 DNA，阻止病毒完成其功能。 将 CRISPR/Cas 系统用于其它非细菌细胞需要满足两个条件：一个 Cas 酶，用于切断靶标 DNA，比如目的基因中的 DNA 片段，另外一个就是称为导向 RNA （gRNA）的 RNA 分子，这种分子能通过互补结合靶标。gRNA 也就是细菌细胞中 CRISPR RNA 的一个更短的版本，它能与 Cas 形成复合物，指导 Cas 到达正确的剪切位点。不过研究人员也可以通过结合其它元件，或者改变 Cas 活性，来调整这种工具在基因校正和基因调控方面的作用。 “目前，非传统基因编辑应用方面的生物学家利用一种新工具，分析细胞中，和整个生物机体中突变的作用”，来自加州大学伯克利分校的生物化学教授Jennifer Doudna 表示，她与她的同事解析了细菌细胞中 CRISPR 的作用机制。近期，Doudna 研究组利用这种工具，首次通过小鼠受精卵基因编辑构建了敲除小鼠。 不过 CRISPR 技术也存在一个主要的缺点，那就是缺乏特异性：一些 gRNA 分子结合的 DNA 只是部分与 gRN 互补。在这一方面，其它基因编辑方法，如锌指核酸酶（ZFN）和 TALENS 可能要比 Cas - gRNA 更为具有优势，因为这两者需要识别更长的靶标 DNA 序列。但是 ZFN 和 TALENS 方法在克隆和细胞表达方面要比 gRNA 难得多，而且研究人员通常还需要验证十几个不同的 TALENS，以及几十个不同的 ZFNs，来证明其中一个有效。 近期《科学家》（The Scientist）杂志汇总了基因编辑过程中 Cas 和 gRNA 的处理过程及解决方案，用于帮助新接触这一技术的研究人员熟悉这项热门技术。 如何 CRISPR 我的靶标？由于 CRISPR 系统并不复杂，因此我们所要做的就是将带有质粒（能表达 Cas 和 gRNA）的细胞进行转染。研究人员可以采用一种 Cas 的变体，即 Cas9，这种酶来自于一种链球菌，由 RNA 进行指引，能无需其他蛋白的帮助而切割 DNA （Science, 337:816-21, 2012）。Cas9 既能切断与 gRNA 结合的 DNA 链，也能切断其互补链。目前可以从 Addgene 购买 Cas9 质粒（65 美元），将其直接转染入细胞。

如何看待中国科学家基因编辑人类胚胎引起的争议

　　1. 如何看待这次基因编辑人类胚胎这个工作？
　　首先这个工作从技术原理上来说没有什么突破。
　　crispr这个蛋白在2002年被发现，而由于2012年在《科学》杂志上发表的一篇文章(1)而开始大红大紫，且形成了一定会得诺贝尔奖的技术：crispr-cas9。它的原理简单来说，可以看作剪切DNA的一把“剪刀”。它可以在DNA的特定位置上剪一个缺口，这个里面有两个非常重要的特点，一个是在特定位置剪，另一个是能形成缺口，所有的对这个技术的应用和后续文章都是利用这两个特性。这篇文章中的修复DNA简单来说就是将基因组的对应位置剪开，然后用一段好的DNA把之前错误的DNA给替换掉。
　　以前也有一些DNA操作的“剪刀”，但剪起来非常复杂，而这次的“剪刀”太方便了，导致实验门槛大大降低。以前这个基因操作非常困难，代价也很大。所以很长一段时间实验用的基因操作过的动物实验室都倾向于找做过的实验室去要而不是自己做。
　　而现在基本上只要一个掌握完善细胞、分子操作的实验室就可以完成这个工作，这个技术让基因操作平民化了。
　　这个从2012年开始发展的技术经过了几年发展，技术已经相对完善了，从13年开始就不断有文章对各种动物植物的细胞进行编辑。2014年猴子的胚胎也能够编辑并能够生出基因编辑过的猴子。(2)而人的细胞的编辑甚至胚胎干细胞的编辑也实现了。(3)因此可以说，对人胚胎的操作从技术上来说并不难。所以这片文章也确实做到了。
　　这篇文章做的不好的地方是没有尝试更好地去解决问题，只是想发个大新闻（笑）。这篇文章目的是想修复人胚胎里的错误DNA导致的遗传性疾病。
　　之前说crispr-cas9其实有一个问题，就是这个“剪刀”去剪基因组的时候会剪错地方，形成“脱靶效应”，这个是需要避免的。文章中发现他们的实验存在比较高的，然后就下了这么个结论，而不是想着如何对能够真的去修复这样一个疾病。这其实是可以优化的，而且之前已经有文献介绍了一些方法来抑制(4)。而且对于脱靶效应的检测如果真的严谨的话还是需要做全基因组测序而不是文章中用的外显子测序，这样才能比较全面评估。

crispr cas9怎么达到基因敲除的

近日，中国科学家利用基因编辑技术——CRISPR/Cas9，对抑制狗骨骼肌生长的基因（MSTN）进行了敲除，培育出两只肌肉发达的“大力神”狗，成功构建了世界首个基因敲除狗模型。

科研人员所使用的“基因编辑技术”，顾名思义，能够让人类对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技术自问世以来，就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势，技术不断改进后，更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。

一、与诺奖“擦肩而过”的CRISPR/Cas9技术

这不是CRISPR/Cas9这项明星技术第一次得到人们的关注。在此之前，有着“豪华版”诺奖之称的“2015年度生命科学突破奖”颁发给了发现基因组编辑工具“CRISPR/Cas9”的两位美女科学家——珍妮弗·杜德娜和艾曼纽·夏邦杰。二人更是获得了2015年度化学领域的引文桂冠奖——素有诺奖“风向标”之称，曾被认为是今年诺贝尔化学奖的最有力竞争者。

那CRISPR/Cas9到底是一项什么技术，为何能够获得如此这般青睐，又何以在短短两三年时间内，发展成为生物学领域最炙手可热的研究工具之一，并有近700篇相关论文发表？它将来又会如何影响到我们的生活？

CRISPR/Cas9是继“锌指核酸内切酶（ZFN）”、“类转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）”之后出现的第三代“基因组定点编辑技术”。与前两代技术相比，其成本低、制作简便、快捷高效的优点，让它迅速风靡于世界各地的实验室，成为科研、医疗等领域的有效工具。

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