基因編輯工具CRISPR“動物園”歡迎你

　　Timothy Doran的11歲女兒對雞蛋過敏。全球約有2%的兒童患有這種病癥。像他們一樣，Doran的女兒無法接受很多常規疫苗接種，因為它們是利用雞蛋生產出來的。

　　身為澳大利亞聯邦科學和產業研究組織（CSIRO）分子生物學家的Doran覺得，他能通過強大的基因編輯工具CRISPR-Cas9解決這一問題。大多數雞蛋過敏是由蛋清中的4種蛋白之一引起的。而當Doran的同事改變了細菌內編碼其中一種蛋白的基因時，由此獲得的蛋白不會在對雞蛋過敏者的血清中觸發反應。Doran認為，利用CRISPR編輯雞的基因能獲得不會導致過敏反應的雞蛋。

　　該團隊希望在今年晚些時候孵化出第一代轉基因雞作為對概念的驗證。Doran知道，要經過相當長一段時間，才能等到監管機構批準轉基因雞蛋上市。他希望自己的女兒到時候已經擺脫了過敏癥。

　　雞只是基因組將很快得到改造的一大群動物中的一種。時至今日，研究人員擁有的工具僅能對一小部分類別的動物進行基因操作，而且這一過程通常效率不高，也很費勁。隨著CRISPR的到來，他們能更加精確、簡單地改變很多生物體的基因。僅在過去兩年間，當科學家試圖將CRISPR用于諸如農業、藥品生產以及恢復已消失物種等多個領域時，對猴子、猛犸象、蚊子和其他動物的基因進行編輯的前景頻頻見諸報端。利用CRISPR改造過的動物甚至被當作寵物在市場上出售。

　　不過，監管者仍在規劃如何對待此類動物，尤其是那些用作食物或被釋放到野外的動物。關于安全和生態影響的擔心無處不在。甚至美國國家情報總監也介入此事，并表示，基因組編輯的輕松獲取、廉價成本和飛速發展，會增加有些人制造有害生物制劑的風險。

　　在華盛頓特區威爾遜中心研究生物技術監管的Eleonore Pauwels表示，CRISPR在動物中的迅速應用為研究人員和政策制定者提供了讓公眾參與討論的機會。她希望，此類討論將有助于決定哪種CRISPR應用將對人類、其他物種以及科學最有用處，并且突出此項技術的極限。

　　疾病控制

　　抵抗疾病是CRISPR在農業中最流行的應用之一，而科學家正在修改多種動物的基因。在舊金山工作的生物技術企業家Brian Gillis希望，這種工具能幫助阻止由疾病、寄生蟲等因素導致的全球蜜蜂的急劇消失。

　　目前，一些團隊正利用CRISPR和其他基因編輯系統，培育對每年給農業帶來上億美元損失的病毒性疾病產生抵抗力的豬。英國愛丁堡羅斯林研究所動物生物技術專家Bruce Whitelaw領導的團隊便是其中之一。

　　他們利用另一種基因編輯技術改變家豬免疫基因，使其同對非洲豬瘟有著天然抵抗力的疣豬免疫基因更加相近。來自密蘇里大學的Randall Prather創建了一種在細胞表面擁有突變蛋白的豬，這種蛋白能讓它們抵抗一種致死性呼吸道病毒。其他研究人員則正在培育對引發昏睡癥的錐體蟲寄生蟲有抵抗力的牛。

　　藥品生產

　　Doran對雞蛋中過敏原的修改需要精確的控制。技巧在于以一種讓蛋白不再觸發人體免疫反應但仍使其在胚胎發育中扮演正常角色的方式，精細地調整一個基因序列。CRISPR使得此類精準編輯首次變成可能。

　　CSIRO分子生物學家Mark Tizard和Doran研究了原始生殖細胞（PGC）——最終轉變成精子或卵子的未成熟細胞。和很多動物不同，雞的PGC在發育期間主要存在于血流中。因此，研究人員能移除PGC，在實驗室中編輯它們，然后將其送回正在發育的雞體內。該團隊甚至開發出一種將CRISPR組件直接插入血流中從而能在那里編輯PGC的方法。

　　研究人員還計劃培育一種將基因組和CRISPR所需組件直接融合在一起的CRISPi雞。這使得編輯雞DNA更加簡單，并且對“農場藥”（利用家養動物創建的藥物）來說是一大福音。

　　滅絕物種復活

　　約4000年前，人類的狩獵助推了猛犸象的滅絕。來自哈佛醫學院的CRISPR先驅George Church因其雄心勃勃的計劃而受到關注——利用CRISPR將瀕臨滅絕的印度象改造成猛犸象，或者至少是能抵抗寒冷的大象。他介紹說，目標是將它們釋放到西伯利亞一個有著充足漫步空間的保護區內。

　　這項計劃聽上去有點瘋狂，但讓哺乳動物更像猛犸象的努力已持續了一段時間。去年，芝加哥大學遺傳學家Vincent Lynch證實，擁有能感知熱量和控制毛發生長的猛犸象版基因的細胞能在較低溫度下生長，擁有類似基因的小鼠也更喜歡待在溫度受到調控的籠子中偏涼的地方。Church表示，他已在大象胚胎中編輯了約14個此類基因。

　　當然，還有一些復活滅絕物種的項目沒有這么大難度。比如，來自加州大學的Ben Novak想復活一種曾經無處不在但因過度狩獵而在19世紀末期滅絕的鳥類——候鴿。目前，他的團隊正在比較博物館樣本和現代鴿子的DNA。Novak利用的PGC方法和Doran類似，并且計劃編輯現代鴿子的基因組，從而使這種鳥類更像已滅絕的侯鴿。

　　病媒控制

　　幾十年來，研究人員一直在探索基因改造蚊子的想法，以阻止諸如登革熱、瘧疾等疾病的傳播。CRISPR為他們提供了一種新的方法。

　　去年11月，加州大學爾灣分校分子生物學家Anthony James用一種被稱為基因驅動、將抗瘧疾基因傳遞給蚊子后代的合成系統，培育出抗瘧疾蚊子。基因驅動確保幾乎所有蚊子的后代都能繼承被編輯基因的兩個拷貝，使其得以在整個種群中快速傳播。

　　另一種在去年12月發表的基因驅動，可將一種令所有雌性蚊子絕育的基因傳遞給后代，從而使整個種群滅絕。蚊媒寨卡病毒在中南美洲的暴發使科學家對此項技術的興趣大增。一些實驗室開始建造能消滅攜帶寨卡的物種——埃及伊蚊的基因驅動。

　　更好的食品生產

　　去年11月，經過很長時間的評審后，美國食品藥品監督管理局批準了用于人類消費的首個轉基因動物——由馬薩諸塞州AquaBounth技術公司培育、能快速生長的三文魚。一些人仍在擔心，如果這種三文魚逃走，它們會和野生三文魚繁殖后代，擾亂生態平衡。

　　為解決此類擔心，亞拉巴馬州奧本大學魚類遺傳學家Rex Dunham利用CRISPR使3種生殖激素失活。這種變化會讓魚類絕育，因此任何可能從養殖場逃走的魚，無論是否經過基因改造，都是沒有機會污染自然種群的。

　　CRISPR還會減少農民撲殺動物的需要。加州大學戴維斯分校生物技術專家Alison van Eenennaam正利用此項計劃確保肉用牛只產生雄性或像雄性一樣的后代，因為雌性肉用牛產出的肉較少，并且通常被捕殺。

　　寵物改良

　　去年9月，基因組學公司——華大基因（BGI）在中國深圳發布的一種微型豬大受歡迎。它只能長到15公斤左右，和一只標準達克斯獵狗的大小相仿。BGI培育這種豬起初是打算用于研究，但自此以后決定以1600美元的價格將其當作寵物出售。

　　BGI還正利用CRISPR改變錦鯉的大小、顏色和樣式。BGI基因編輯平臺負責人Jian Wang介紹說，公司將在2017年或2018年開始出售錦鯉，并計劃最終增加其他種類的寵物魚。

　　與此同時，澳大利亞悉尼大學遺傳學家Claire Wade表示，CRISPR能被用于增強狗的能力。她的團隊正在將不同品種間的基因差異進行分類，并希望辨別出涉及敏捷性等各種行為和特征的區域。因將以10萬美元的價格克隆已故寵物而出名的韓國首爾秀巖生物科技公司，也對CRISPR的使用頗感興趣。該公司研究人員David Kim介紹說，公司想增強諸如導盲犬或牧羊犬等工作犬的能力。

　　疾病模型

　　雪貂一直是很有用的流感研究模型，因為病毒能夠在其呼吸道中復制，并且當被感染時，它們有時會打噴嚏，從而使研究病毒傳播成為可能。不過，直到CRISPR的到來，病毒學家才有了輕松改變雪貂基因的工具。來自中科院的Xiaoqun Wang和同事利用CRISPR調整了參與雪貂大腦發育的基因。目前，他們正利用其改變這種動物對流感病毒的易感性。

　　行為研究人員對基因操縱狨猴和猴子的前景尤其感到興奮。和標準的嚙齒動物模型相比，這兩種動物同人類的聯系更為緊密。此項研究工作在中國和日本發展得最快。比如，來自中科院的神經學家Zilong Qiu和同事在今年1月發表了一篇文章，對MECP2基因中擁有CRISPR誘導突變的獼猴進行了描述，而MECP2同神經發育疾病——瑞特綜合征相關。

　　CRISPR“動物園”正在飛速擴張——目前的問題是如何為前方的路“導航”。Pauwels表示，該領域可能會和此前一代轉基因植物和動物研究一樣，同樣面臨公眾的極力反對。為避免這種狀況，科學家需要就其工作的好處進行充分溝通。