（专家：中国生物工程学会常务理事张树庸，本文部分内容节选自《知识就是力量》杂志2015年9月刊《基因剪刀——基因组编辑的魔术手术刀》，原创作品，转载请标明出自科普中国微信公众号）

　　导读

　　猪的器官因为大小和功能和人类似，被科学家们认为是最有可能成为能移植到人的异种器官。长久以来，科学家都梦想着能在猪身上培育适应移植手术的人体器官，以便为器官移植提供稳定来源，但人体免疫系统的排斥反应和猪基因中病毒造成的感染是研究的两大阻碍。为此，各国科学家一直致力于破解这个难题，不断改进猪的基因使其更加适应人体，在移植后产生尽可能少的排异。

　　不久前，32岁的中国留美博士张锋（在美国麻省理工学院）新发明了一种叫作CRISPR/Cas9的技术，也叫基因编辑技术，这种技术能对基因进行剪切，形成了一套基因编辑系统，或许将来人们治病可以选择“基因手术”。这个叫做CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技术是什么？到底有什么神奇用途？

　　揭开“基因剪刀”技术的面纱：可治愈癌症

　　研究发现，细菌有一种能力极强的免疫系统：当外来的病毒（噬菌体）感染细菌时，细菌就利用身体里的一种酶（Cas9）来切断外来病毒（噬菌体）的基因。这样，外来的病毒（噬菌体）不能在细菌身体里复制了（繁殖了），就相当于把病毒（噬菌体）间接杀死了，这样细菌就不会得病了。我们知道，人生病大多是由于基因的关系。例如，人患癌症，大多是由于基因突变。如果用CRISPR/Cas9技术将机体里发生突变的基因剪切掉，植入健康的基因，人的癌症就会从根本上治愈。

　　基因编辑研究早已引起“科研潮”

　　CRISPR/Cas9技术研究成功以后，世界各国几千个有关实验室都纷纷利用CRISPR/Cas9技术广泛地开展着方方面面的研究，掀起了一股基因编辑研究热潮。

　　例如，中国科学院昆明动物研究所的研究人员，利用基因编辑技术对两个品种的猴子进行基因改造（学术用语叫基因修饰）。经过基因修饰的猴子繁殖的后代，获得了两个基因靶向修饰的小猴子。这一研究工作引起了国外同行专家的特别关注，研究论文发表在美国《细胞》杂志上。

　　中国科学院遗传发育所的研究人员用该技术对水稻和小麦基因进行修饰改造，从事育种研究，获得成功。这一研究工作首次证实了CRISPR/Cas9技术能够用于植物的基因编辑。研究论文刊登在美国《自然生物技术》杂志上。

　　中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所的科研人员，用基因编辑技术治愈小白鼠的白内障遗传病。这一研究成果为疾病治疗开辟了新径。研究论文发表在美国《细胞·干细胞》杂志上。

　　修饰人体免疫细胞，可能治愈艾滋病

　　据最新消息，美国加州大学旧金山分校的研究人员，已成功利用CRISPR/Cas9技术修饰了人体T细胞。T细胞是免疫细胞，改造能使其升级更具杀伤力。如艾滋病病毒感染人体时，就是利用其表面的CXCR4蛋白来感染T细胞，使其丧失了杀伤力。修饰T细胞使其表面的CXCR4蛋白失去活性后，艾滋病病毒就不能感染T细胞了。

　　在癌症免疫疗法中，此基因编辑技术能成功关闭PD-1蛋白分子，进而诱导T细胞攻击肿瘤。该技术修饰改造T细胞，对治疗人体自身免疫疾病、癌症、艾滋病等都是一个新的思路。科学家非常看好此技术，T细胞在血液中循环，能到达很多病灶，也方便从患者体内采集，经编辑后再回输到患者体内，能更有针对性地治疗（此成果见美国《国家科学院院刊》2015年7月刊）。

　　30位30岁以下青年领军人物，杨璐菡榜上有名

　　能否实现异种器官移植？

　　既然这种CRISPR/Cas9基因剪刀技术，是这样一种简便、价廉、多功能、高效率的新技术，那么能不能用它去改造猪的器官基因呢？

　　近日据英国在线杂志官网报道，29岁的中国女留学生杨璐菡作为异种器官移植课题带头人，带领10个人的科研团队在哈佛和eGenesis利用CRISPR-Cas9的“基因剪刀”技术，剔除了猪基因组中可能有害的病毒基因，从而攻克猪器官用于人体移植的重大难关，为全世界需要器官移植的上百万病人带来希望。鉴于这项成果的意义重大，美国《科学》杂志一次性审稿，并提前在线刊登论文。

　　杨璐菡称：“这个工作扫除了10多年前发现猪内源性逆转录病毒后在这个领域的最大的安全障碍，也重新燃起了大家对异种器官移植的信心。”内源性逆转录病毒是嵌在细胞内基因组的病毒，在猪身体里面不会有毒性。但当猪的细胞和人的细胞接触时，这种病毒会从猪的基因组“跳”到人的基因组中。异种病毒传播最典型的例子就是艾滋病病毒(一种逆转录病毒)从灵长类动物传播到人类，至今还没有有效彻底的医疗方法防御和清除艾滋病毒。因此，猪基因组的内源性逆转录病毒成为人体移植利用猪器官面临的一个重大医疗风险问题。

　　但是CRISPR/Cas9基因剪刀技术为解决该难题提供了方向。美国坦普尔大学神经科学研究院主任卡迈勒·哈利利教授和他的同事利用基因编辑技术，首次成功地从人类细胞中彻底清除了潜在的艾滋病病毒（HIV-1病毒）。该项研究成果发表在美国《国家科学院院刊》上。研究人员认为，这是朝着永久治愈艾滋病的方向迈出的重要一步。专家表示：“这是一项令人兴奋的发现，不过现在还没有准备进行临床试验，它只是证明了我们正朝着正确的方向前进。”美国坦普尔大学神经科学研究院主任卡迈勒·哈利利教授说，因为艾滋病病毒（HIV-1病毒）永远不会从人体的免疫系统消灭，只有用基因编辑技术彻底剪切病毒基因，才能根治艾滋病。这也给实现异种器官移植创造了可能，不过异种器官移植除了技术方面的问题，还有生物伦理问题、商业规范问题等仍待解决。