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YC正在大力投资CRISPR基因编码技术,不懂的进来接受科普吧

YC正在大力投资CRISPR基因编码技术,不懂的进来接受科普吧

2017-04-20 10:36 来源:36氪

原标题:YC正在大力投资CRISPR基因编码技术,不懂的进来接受科普吧

编者按:基因技术可能是人类最伟大又最危险的技术之一,它有可能从根本上改变人类。对于人类具有重要意义的革命将由新基因技术发起,而CRISPR将主导这一革命。YC的作者日前撰文,从非技术性角度对CRISPR进行介绍,其中将涵盖关于Gene Drive的探讨。

人类的本质属性可能正在面临着变化,而此次变化的彻底与迅速在人类历史上前所未见。人类历史上旧的一页刚刚翻过,新的篇章已经开始。

对于人类具有重要意义的革命将由新基因技术发起,而CRISPR将主导这一革命。也许在不久的将来,这一概念就能出现在新闻中,人们也能在主流媒体上了解更多信息。CRISPR是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(规律成簇间隔短回文重复)的缩写,CRISPR对于基因组学的意义类似于VI(Unix的可视化文本编辑器)对于软件的意义。这是一种编码技术,它将赋予基因工程师前所未有的能力:基因工程师将化身为基因黑客。在CRISPR技术之前,基因工程操作迟缓、昂贵且不准确。现在有了CRISPR,基因编码变得低廉、准确且可重复操作。

本文将从非技术性角度对CRISPR进行介绍,其中将涵盖关于Gene Drive的探讨。Gene Drive是一种生物技术,当与CRISPR相结合使用时将赋予基因工程师更强大的能力。本文所涉及的技术细节非常详尽,对于那些对该技术具有浓厚兴趣的读者,我还提供了大量备注。文末我还将将对这两种技术的意义进行简要概述。

CRISPR的介绍

首先,简单介绍一下相关背景信息。存在于DNA中的基因编码信息可以看作是搭建地球上所有生命体的软件。遗传学家的工作就是对基因进行解码,但是受限于有限的编码能力,遗传学的发展一直步履蹒跚。这就像是软件工程师面对来自超强应用程序中的海量数据而无从理解,无法编译。只有具备了对基因软件进行编码和修改的能力,我们的研究才算真正意义上进入正轨。这不仅会让编码工作的发现过程变得更为简单,也有助于对错误代码进行修复改进。——基因黑客应运而生。

想要了解这项神奇的科技,最简单的办法就是追本溯源。DNA本身是由成串的核苷酸组成的。在上世纪八十年代,大阪大学的科学家在对大肠杆菌进行DNA测序时发现了异常。DNA是由长长的数条核苷酸序列组成的,而这个细菌中的DNA出现一段怪异的、杂乱的重复核苷酸序列,而这些序列被它自身数条貌似随机的DNA所打断。随着时间的推移,在其它细菌的DNA中也发现了类似的重复核苷酸序列,人们将这种核苷酸序列命名为CRISPR,因为这个名字能很好地对科学家们所发现的序列进行描述。但是当时没人能解释为什么会有这样的序列,也没人知道它的功能。

在众多能对这些问题加以解释的研究成果中,有两条非常关键:第一,三个不同的团队利用最新的基因材料数据库进行研究指出,细菌中怪异的CRISPR序列和排列错序的病毒DNA高度相似。第二,美国国家生物技术信息中心一位杰出的生物学家Eugene Koonin有了一个关键发现,这是一种可抵抗病毒的生物防御机制。最终,这引领我们发现了CRISPR的作用。

人类一直在与自身的细菌病毒作斗争,而当我们了解到,病毒和细菌在数十亿年间也在进行着殊死搏斗时,我们感觉会感觉到一丝意外。每天都会有上万亿的细菌被病毒杀死(这种能攻击细菌的病毒被称为噬菌体)。得益于数万年进化而来的各种防御措施,细菌努力抵御噬菌体的吞噬。——而这就形成了最基础的免疫系统。而CRISPR就是这套免疫系统里最具有效的武器。

首先,为了避免混淆,让我们先来明确一点。正如我们所见,“CRISPR”本身是一段诡异的DNA序列,但是要将这段序列作为抵御机制,或者如我们下面所提的要实现编码,我们需要一个名为Cas的工具——一种结合了CRISPR的系统。有时候,提到Cas蛋白的具体类型,你会想到Cas9(或者Cas3等等)。因此,这套完整的工具有时也被称为CRISPR/Cas,但是常常简写为CRISPR,本文中亦照此惯例使用CRISPR。

CRISPR的工具原理是:当军火库里存有CRISPR的细菌要抵御病毒的入侵,它们会利用Cas酶抓取病毒DNA的片段,并将这段DNA片段插进自己的DNA。当下次再有这类病毒攻击已经存有该病毒片段DNA的细菌时,细菌就会调用CRISPR序列作为模版识别病毒,并使用Cas酶将其切割成惰性无害片段。

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