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成為上帝的時刻已經到來!海外眾籌159美金在家編輯基因的工具

科技的發展速度遠遠超越了我們的想像。

海外網站已經開始售賣可以自己在家編輯DNA的工具了, 而且只要159美金(折合人民幣1000元左右)。

這套CRISPR Kit的基因編輯工具是基於CRISPR技術來實現的, 那什麼是CRISPR?

CRISPR(基因編輯技術)是生命進化歷史上, 最重要的發現之一(如果小編變成吳彥祖, 就把之一去掉)。

通過CRISPR基因編輯技術, 可以對生物的DNA序列進行修剪、切斷、替換或添加, 效率高、速度快。 也就是說, CRISPR這種基因編輯工具能夠精確地改變人類的DNA,

能夠“關閉”某些基因, 也能夠給人增加特定的基因, 從而徹底根除人們患上某些疾病的可能。

CRISPR從哪裡來?

CRISPR的緣起於生物億萬年進化的產物, 不過它原本的功能可不是用來精密調節基因組的開關, 而是——細菌的免疫系統。

什麼?細菌也有免疫系統?

話說我們人類的免疫系統不就是用來對付這些討厭的小蟲子的麼?

怎麼這些小蟲子自己也有所謂的免疫系統?

你沒聽錯。 本身就是高等生物免疫系統絞殺物件的細菌, 自身也有需要對付的寄生生物——病毒。

而這類專門欺負細菌的病毒, 我們管它們叫噬菌體(bacteriophage, 或者簡稱phage)。

要說這背後的邏輯並不奇怪。 病毒作為地球上最簡單的有機生命形式,

沒有獨立生存繁衍的能力, 它們必須選擇一種更複雜的有機生命作為宿主, 通過入侵宿主細胞、利用宿主細胞的資源複製自身再開枝散葉, 才能夠完成生命繁衍的迴圈。

在漫長的進化史上, 有些病毒選擇了入侵動物(比如乙肝病毒), 有的選擇了入侵植物(比如煙草花葉病毒, 這是世界上第一種被發現的病毒), 而有的選擇了入侵細菌。

別看細菌個頭小, 它們還是要比病毒大上數百倍, 足夠噬菌體們藏身和繁殖了, 而且我們的地球上細菌的數量可能是所有“高等”生命的億萬倍, 光一個人口腔裡的細菌數目就超過全世界的人口總數, 因此噬菌體們也不愁找不到可以安身立命的寄居地。

而對於被青睞的細菌而言, 噬菌體們可就是不折不扣的麻煩製造者了, 就像我們人類討厭各種各樣給我們帶來疾病的細菌一樣。

沒有辦法像高等生物一樣專門開發出一套免疫系統來對付入侵者, 小小的細菌也有自己的不二法門。

這個法門就是CRISPR。

從CRISPR的全名“ 成簇規律間隔短回文重複序列 ”,

大家也可以大致猜測出, CRISPR本身其實就是基因組DNA上的一段特殊的序列, 這段序列倒是很有個性:幾十個堿基構成的特殊DNA序列連續串聯重複多次, 在重複單元之間的間隔也差不多有幾十個堿基那麼長, 但是這些間隔序列的構成卻是千變萬化毫無規律可循。

2005年, 一幫西班牙科學家發現CRISPR居然在不同物種中重複出現。 更妙的是, 這其中還有相當部分的CRISPR恰好還和許多當時已知的噬菌體基因組序列資訊高度一致!打個不那麼恰當的比方, 就像細菌深處, 不知道為什麼偷偷隱藏了不少噬菌體病毒的高清自拍照!

這太好玩了, 細菌對噬菌體避之唯恐不及, 怎麼可能還小心翼翼收藏它們的自拍?

生物學家們的第一反應很簡單:既然細菌討厭噬菌體, 卻又費心費力的在基因組裡留下各種噬菌體的序列資訊,那麼大概應該也許可能是用來對付噬菌體入侵的武器吧!這個邏輯也很容易驗證:如果真的是這樣,那麼擁有噬菌體自拍的細菌應該不容易被病毒入侵,反而那些沒有噬菌體自拍的細菌就成了病毒理想的棲息地。這個假設很快在電腦上被驗證。

很快在2007年,一群在杜邦公司旗下的鄧尼斯克食品配料公司工作的科學家,在嗜熱鏈球菌中,嚴格證明了CRISPR序列對於細菌免疫系統的功能:他們證明,在這種細菌中人工添加一段CRISPR序列,就可以像給細菌打了疫苗一樣,可以幫助細菌抵擋某種對應病毒的入侵!

這群科學家同時也證明,細菌的免疫系統還有自我進化的高級功能,每當有新的噬菌體病毒入侵,細菌就可以把它的基因組序列整合到自己的CRISPR序列中,這樣下次同樣的病毒入侵細菌就可以正確識別和對抗它們了。

好了,這個發現應該足夠驚悚了。

以為只有像人類這樣的高等生物才有的免疫系統,原來只有一個細胞、幾十微米大小的細菌居然也有,而且還居然具備自我進化、迅速適應和對抗新病毒入侵的能力。

從任何角度出發,這都是項足以載入史冊的重大發現。這個發現自身就無比優雅和簡練地說明了有機生命的偉大生命力。

大家可能要問了,這個發現確實很有趣、很重要,但是你怎麼講著講著基因組編輯和基因治療,突然開始扯細菌的免疫系統了?

別急別急,講完了CRISPR的由來。讀者們不妨關上手機螢幕想上幾分鐘:一段不會跑也不會跳的DNA序列,怎麼能識別並抵擋病毒入侵呢?

CRISPR的這種神奇的能力,很快被發現和瞭解。而也正是這種能力,構成了一種熱熱鬧鬧的基因組編輯技術的基石。

其實發現細菌CRISPR序列和噬菌體基因組序列高度一致之後,科學家們在第一時間就很敏銳地意識到,也許CRISPR序列的目的正是定位入侵的病毒。

注意這裡的關鍵字:定位!

我們知道,病毒進入細胞的第一件事就是迫不及待地把自己的遺傳物質給暴露出來,這是它生存繁衍的第一要務。

而細菌是不是也可以利用這一點來實現對病毒的精確打擊?

這個可能性迅速得到了驗證。(小小細菌的本事當真讓人歎為觀止,用一段幾十個DNA堿基的CRISPR序列,就把基因組定位的功能解決了)

即CRISPR-Cas9工作原理

CRISPR-Cas9系統主要由兩個元件組成,一個是負責切割DNA序列的核酸酶Cas9,另一個是負責在基因組上精確定位的sgRNA,它們倆就像一把剪刀和一把尺子一樣,在基因組這本生命之書上精准地找到需要編輯的位置,進行剪切,就如同我們在電腦上編輯一篇word文檔那麼簡單。

現在科學家在用CRISPR-Cas9做什麼?

讓小黑鼠從黑變白

讓小白鼠從失明到複明

讓番茄永不腐敗

讓你的骨骼比鑽石還硬

給蚊子消毒,防止瘧疾、Zika寨卡等病毒的傳播

治療癌症

中國華西醫學院研究團隊從患者血液中分離出免疫細胞,然後利用CRISPR技術敲除PD-1蛋白基因,此蛋白可降低免疫系統對腫瘤細胞的殺傷作用。讓PD-1失去功能從而增強免疫系統對腫瘤的抵抗能力。目前該項試驗是否有效果還有待觀察(Cyranoski, 2016)。

治療HIV愛滋病

研究人員利用CRISPR技術在小鼠細胞基因組中成功切除一段HIV-1 DNA序列,並且這種切除效應可在多種組織記憶體在。這一研究成果可以讓我們直面HIV病毒複製的源頭—記憶T細胞基因組上的HIV DNA片段——然後狠狠得來上一拳。我們不難想像,此項技術若能聯合使用抗逆轉錄病毒藥物,必將給愛滋病的治療帶來顛覆性的改變,或許某一天我們可以對愛滋病say goodby啦。(Kaminski et al., 2016)。

器官移植減少免疫排斥反應

最新一項研究中,科研工作者們利用CRISPR技術讓豬胚胎中的62個豬內源性免疫病毒基因陷入永久的沉睡,從而使豬供體器官(心臟瓣膜,肝臟)在人體中的移植提供了可能性(Yang et al., 2015)。

目前,CRISPR-Cas9已經成為科研人員研究生命系統和人類疾病的強有力工具。我們有充分的理由相信,在不遠的將來,新的CRISPR系統可以有效治療人類的遺傳疾病。

我相信這一天將會在我們的有生之年來臨!

部分參考:知乎 饒毅 https://zhuanlan.zhihu.com/p/20547746

關於CRISPR基因編輯技術更多的內容:

理查·道金斯(Richard Dawkins,1941年3月26日-)英國著名演化生物學家、動物行

為學家和科普作家,英國皇家科學院院士,牛津大學教授,是當今仍在世的最著名、最直言不諱的無神論者和演化論擁護者之一。 道金斯同美國哲學家丹尼爾·丹尼特、神經科學家山姆·哈裡斯和已故的英裔美國作家克里斯多夫·希欽斯常常一起被稱為“新無神論的四騎士”。

著作《自私的基因 Selfish Gene》是現代生物進化最著名的書籍。

理查談到了對於CRISPR技術的認知,人類已經知道如何操縱動物基因進而選擇育種,但是目前這項技術對人類的規範還沒有,人類不同於其他動物,這是一件好事,也可能是一件非常危險的事情。

基因編輯技術作為技術本身對人類是有益的,但是這項技術毫無限制的繼續發展,後果不堪設想。

希特勒曾經嘗試過,但是我很高興他從未真正在人身上成功過。

人類是否像自己所認為的那樣,

已經可以代替上帝改造自然!?

對CRISPR基因編輯技術感興趣的同學還可以去譯學館App搜索關於基因的更多視頻。

留言給我們,一起來探討

那個159美金的基因編輯工具你會不會入手?

如果要編輯基因,你準備把誰的基因拿過來?

小編不說了,這就去機場找吳彥祖要根頭髮...

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卻又費心費力的在基因組裡留下各種噬菌體的序列資訊,那麼大概應該也許可能是用來對付噬菌體入侵的武器吧!這個邏輯也很容易驗證:如果真的是這樣,那麼擁有噬菌體自拍的細菌應該不容易被病毒入侵,反而那些沒有噬菌體自拍的細菌就成了病毒理想的棲息地。這個假設很快在電腦上被驗證。

很快在2007年,一群在杜邦公司旗下的鄧尼斯克食品配料公司工作的科學家,在嗜熱鏈球菌中,嚴格證明了CRISPR序列對於細菌免疫系統的功能:他們證明,在這種細菌中人工添加一段CRISPR序列,就可以像給細菌打了疫苗一樣,可以幫助細菌抵擋某種對應病毒的入侵!

這群科學家同時也證明,細菌的免疫系統還有自我進化的高級功能,每當有新的噬菌體病毒入侵,細菌就可以把它的基因組序列整合到自己的CRISPR序列中,這樣下次同樣的病毒入侵細菌就可以正確識別和對抗它們了。

好了,這個發現應該足夠驚悚了。

以為只有像人類這樣的高等生物才有的免疫系統,原來只有一個細胞、幾十微米大小的細菌居然也有,而且還居然具備自我進化、迅速適應和對抗新病毒入侵的能力。

從任何角度出發,這都是項足以載入史冊的重大發現。這個發現自身就無比優雅和簡練地說明了有機生命的偉大生命力。

大家可能要問了,這個發現確實很有趣、很重要,但是你怎麼講著講著基因組編輯和基因治療,突然開始扯細菌的免疫系統了?

別急別急,講完了CRISPR的由來。讀者們不妨關上手機螢幕想上幾分鐘:一段不會跑也不會跳的DNA序列,怎麼能識別並抵擋病毒入侵呢?

CRISPR的這種神奇的能力,很快被發現和瞭解。而也正是這種能力,構成了一種熱熱鬧鬧的基因組編輯技術的基石。

其實發現細菌CRISPR序列和噬菌體基因組序列高度一致之後,科學家們在第一時間就很敏銳地意識到,也許CRISPR序列的目的正是定位入侵的病毒。

注意這裡的關鍵字:定位!

我們知道,病毒進入細胞的第一件事就是迫不及待地把自己的遺傳物質給暴露出來,這是它生存繁衍的第一要務。

而細菌是不是也可以利用這一點來實現對病毒的精確打擊?

這個可能性迅速得到了驗證。(小小細菌的本事當真讓人歎為觀止,用一段幾十個DNA堿基的CRISPR序列,就把基因組定位的功能解決了)

即CRISPR-Cas9工作原理

CRISPR-Cas9系統主要由兩個元件組成,一個是負責切割DNA序列的核酸酶Cas9,另一個是負責在基因組上精確定位的sgRNA,它們倆就像一把剪刀和一把尺子一樣,在基因組這本生命之書上精准地找到需要編輯的位置,進行剪切,就如同我們在電腦上編輯一篇word文檔那麼簡單。

現在科學家在用CRISPR-Cas9做什麼?

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部分參考:知乎 饒毅 https://zhuanlan.zhihu.com/p/20547746

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為學家和科普作家,英國皇家科學院院士,牛津大學教授,是當今仍在世的最著名、最直言不諱的無神論者和演化論擁護者之一。 道金斯同美國哲學家丹尼爾·丹尼特、神經科學家山姆·哈裡斯和已故的英裔美國作家克里斯多夫·希欽斯常常一起被稱為“新無神論的四騎士”。

著作《自私的基因 Selfish Gene》是現代生物進化最著名的書籍。

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