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上帝的手术刀(基因编辑简史)/生命科学书系Human gene editing
"这本书从孟德尔神父的“豌豆试验”入手，在全书中埋下层层伏笔，抖出了一个又一个的重磅包袱，宛如一位智者在科学之树下摇着扇子对基因编辑的历史脉络娓娓道来。
一本细致讲解生物学热门进展的科普力作，一本解读人类未来发展趋势的精妙“小说”。"
A world-astounding masterpiece of Chinese science fiction. With her amazing imagination, Qian Lifang builds "history" and "science fiction" into a big puzzle, whimsical yet well-connected. Her novels are a feast for history and science fiction fans. With the history of the Han Dynasty with the background, her two novels God's Will and Destiny have won the favor of millions of readers.
一本细致讲解生物学热门进展的科普力作，一本解读人类未来发展趋势的精妙“小说”。"
A world-astounding masterpiece of Chinese science fiction. With her amazing imagination, Qian Lifang builds "history" and "science fiction" into a big puzzle, whimsical yet well-connected. Her novels are a feast for history and science fiction fans. With the history of the Han Dynasty with the background, her two novels God's Will and Destiny have won the favor of millions of readers.
- GenresScience
240 pages, Paperback
Published May 1, 2017
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Displaying 1 - 8 of 8 reviews
February 23, 2020
這是一本我以前應該不會選的主題, 這次只是借來挑戰看看. 作者把醫療研究用淺顯的文字來說明, 讓我們這種外行人還是可以大致瞭解原本很艱澀的主題. 開始知道DNA、RNA、轉錄...是怎麼一回事.
對照近期世界關注的Covid-19病毒, 好像也有一點點理解了
對照近期世界關注的Covid-19病毒, 好像也有一點點理解了
January 23, 2018
由鋅手指zinc finger 到神話蛋白 到CRISPR的發現和演變過程!
文字淺顯易懂, 搭配非常棒的插圖讓人更是一下理解基因編譯的具體化.
文中當然涉及了基因編碼的專利問題, 道德問題(宗教)
不過在這種超級新的科技上在發展階段, 所有的風險仍是未知數, 但是當我們真的能夠像在編譯電腦程式或者說拼排樂高玩具一樣的熟練基因編碼的話, 我們就真的手執上帝的手術刀了!
.................................................以下為文本多處不連續片段
对于地球生命而言，这无疑是传递遗传信息最简洁高效的办法。我们可 以把一个活的生物体看成许许多多化学物质在三维空间里的时空分布—— 对于人体而言，这意味着差不多有近1023个原子，在以纳米为空间精度、微秒
为时间精度的约束下完成排列组合。其中蕴含的信息量远远超过人类文明的 理解范围。即便在遥远的将来，它对于人类文明来说也可能是永久的秘密。所 有这些时空组合的源头，却不过是区区30亿个碱基对组成的DNA长链。在DNA长链上，遗传信息以碱基组合变化的方法存储，呈简单的一维线性排列，而 且精确到在世代传递中几乎不发生任何错误！可想而知，在生物世代繁衍的 过程中，想要准确复制一条DNA分子的难度——就像我们刚刚讲过的那样 ——要远远低于临摹先辈三维空间里的全部生物性状。而DNA复制和传递 过程中出现的偶然错误——概率大约是1/109，反过来也可以赋予生物体足 够的多样性，为达尔文的进化论提供基础，让地球生命在严酷多变的地球环 境中熬过自然选择的洗礼。
镰刀形红细胞贫血症可能是大家从中学生物课本里就已经熟知的一类 单基因遗传病。在人体基因组中，有几个负责编码和制造血红蛋白的基因（包 括HBA和HBB）。这些基因对于人体的正常机能非常重要——因为血红蛋白 是血液中的红细胞携带和运输氧气的重要载体。而在镰刀形红细胞贫血症患 者体内，HBA基因的DNA序列发生了一个特定碱基分子的变异：第20位的碱
基发生了变化，从A变成了T，从而导致HBA蛋白第7位的氨基酸从谷氨酸变 成了缬氨酸，成为功能异常的HBS蛋白。就是这么一个最低程度的遗传变异， 竟然剧烈破坏了人体血红蛋白的形态和功能。在这些患者体内，红细胞不再 是规则的圆饼形，而是成了不规则的镰刀形（见图2-1），并伴随有严重细菌感 染、肝脏脾脏肿大等一系列临床症状。
白化病是另一个类似的例子。人类基因组里编码酪氨酸酶的基因（例如 OCA1、OCA2和TRP-1）对于人体合成黑色素非常重要。因此，如果这些基因 出现遗传变异，人体皮肤及毛发失去合成黑色素的能力，就会出现“白化”症 状。而比“白化”本身更影响健康的是眼部视网膜、虹膜和瞳孔的色素缺失。也 正是因为这个原因，白化病患者非常怕光。
这方面的一个经典例子就是困扰许多中国孩子（也包括我自己）的高度 近视。针对大规模人群的谱系分析已经发现了数十个与近视发病高度相关的 遗传变异位点，与此同时，近距离工作用眼和缺乏户外运动也被证明与近视 发病有着密切的关联。近年来亚洲国家的近视发病率屡创新高（见图2-4）。这 其中既有亚洲国家普遍重视教育、轻视户外活动的因素，也与亚洲人群中近 视易感的基因变异比例较大有关。除此之外，困扰现代社会的各种“现代病”， 包括高血压、高血脂，精神类疾病如抑郁症等，也都是复杂遗传因素和环境因 素相互作用的结果。
绝大多数病毒的结构都非常简单，外层是由蛋白质颗粒紧密连接形成的 空心球状外壳，坚硬的外壳内部保护着病毒的遗传物质。有的时候，病毒最外 面还会包裹着一层薄薄的脂质分子。不过，不同于细菌、豌豆和人类总是用D NA双链螺旋来储存遗传信息，病毒的遗传物质复杂多变，可以是双链DNA， 也可以是单链DNA，甚至还可以干脆就是RNA。但在区区几百纳米的空间里， DNA或RNA序列所能携带的遗传信息是非常有限的。举例来说，流感病毒拥 有11个基因，HIV仅拥有9个基因
利用几个或十几个基因就可以兴风作浪，病毒实乃借力打力的高手。病 毒的生活史可以被分成截然不同的两个阶段。在无机环境中的病毒颗粒其实 可以被当作非生命来对待，比如空气中、土壤里、水里的流感病毒或HIV颗粒 ，本身无法进行任何新陈代谢和生殖繁衍。如果保存条件合适，这 些病毒颗粒可以千秋万代地稳定存在下去，就像我们身边的石头。只有进入 到其他生物的细胞内之后，病毒才会借助宿主细胞本身的大量基因，开启自 己专属的生命活动。连复制自身基因、繁衍后代的活计，病毒也都需要宿主的 “帮忙”。病毒是真正字面意义上的寄生虫。
用RNA制造DNA的过程也就被恰如其分地称 为“逆转录”。在地球上的生命中，有且仅有一小部分病毒能够启动这种非常 特别的生物过程，其中就包括HIV。而实际上，一类有效治疗艾滋病的药物也 正是利用了这一点，通过抑制病毒的逆转录过程，我们就能够在不干扰人体 自身机能的条件下——因为人体细胞正常状态下根本不存在逆转录这一生 物过程——高效抑制HIV的复制和扩散。
在上述步骤完成之后，就可以说HIV已经成为人体免疫细胞的一部分了 。每一次免疫细胞复制的时候，都会依样画葫芦地帮助HIV也复制一套专属 于它的遗传物质。如果HIV启动它的繁衍程序时，它就可以利用隐藏在人体 基因组DNA深处的遗传信息，让人体细胞为它合成病毒的各种必需蛋白质， 为它准备病毒颗粒的RNA遗传物质，甚至让人体细胞为它们组装出完整的病 毒颗粒来！一旦时机成熟，这些病毒颗粒就会在细胞膜上“顶”出一个小鼓包， 然后裹着一团人体细胞的细胞膜呼啸而去，留下千疮百孔的免疫细胞。看到 这里，你应该明白为什么HIV能够破坏人体的免疫机能，又为什么那些天生带 有CCR5基因突变的幸运儿可以终身避免HIV的侵犯了吧。
然而在纳米（十亿分之一米）和埃（百亿分之一米）的微观尺度下，别说肉 眼能看到的剪刀和针线了，人类目前所能设计和制造的所有微型机器都显得 过于粗大、笨重和低效率。先说锁定目标这一步，要知道，人类基因组DNA上 约有30亿个碱基对，如果要通过阅读一个一个的碱基，在其中找到那个特别 需要修正的“问题”碱基，一目十行也要读到头晕眼花甚至地老天荒才找得到 。更不要说基因组DNA在细胞内形成了极其复杂的三维结构，即便是你愿意 一个一个碱基按顺序读下来也做不到。再说修复这一步，用纯粹机械论的逻 辑来规划，替换掉一个出错的碱基，至少需要这么几步：首先要用一双锋利无 比、能剪长度只有几埃的化学键剪刀，把这个问题碱基前后相连的碱基咔嚓 咔嚓剪掉；之后用一只机器手抓起问题碱基扔到垃圾桶，再抓来一个正确的 碱基分子；最后，用无比精细的针线把这个新碱基重新与前后的碱基缝起来， 让它们重新形成一条完整的DNA分子。这远远超越了人类当前的知识和技 术储备。
然而在纳米（十亿分之一米）和埃（百亿分之一米）的微观尺度下，别说肉 眼能看到的剪刀和针线了，人类目前所能设计和制造的所有微型机器都显得 过于粗大、笨重和低效率。先说锁定目标这一步，要知道，人类基因组DNA上 约有30亿个碱基对，如果要通过阅读一个一个的碱基，在其中找到那个特别 需要修正的“问题”碱基，一目十行也要读到头晕眼花甚至地老天荒才找得到 。更不要说基因组DNA在细胞内形成了极其复杂的三维结构，即便是你愿意 一个一个碱基按顺序读下来也做不到。再说修复这一步，用纯粹机械论的逻 辑来规划，替换掉一个出错的碱基，至少需要这么几步：首先要用一双锋利无 比、能剪长度只有几埃的化学键剪刀，把这个问题碱基前后相连的碱基咔嚓 咔嚓剪掉；之后用一只机器手抓起问题碱基扔到垃圾桶，再抓来一个正确的 碱基分子；最后，用无比精细的针线把这个新碱基重新与前后的碱基缝起来， 让它们重新形成一条完整的DNA分子。这远远超越了人类当前的知识和技 术储备。
我们已经知道，一个锌手指模块能够识别一个DNA 3碱基序列（见图3-9 ）。因为DNA一共只用到4种碱基分子，理论上存在的3碱基序列也不过是区 区64种（43=64）。因此，如果我们能够找到64种不同的锌手指，分别对应一种 独一无二的DNA 3碱基序列，我们就有可能通过排列组合不同数目的锌手指 ，实现对任意基因组DNA序列的精确定位。
比如，前面的故事里我们讲到过镰刀形红细胞贫血症，一种由于血红蛋 白HBS基因第20位的A变成了T导致的单基因遗传病。如果我们用基因组精 确编辑的逻辑，将错误的T再重新变成A，我们就需要一个精确的基因组GPS 帮助我们迅速定位到这个错误的碱基附近，然后用一把锋利的基因组剪刀剪 断错误碱基附近的DNA链，再替换上一段正确的DNA序列。
我们已经知道，一个锌手指模块能够识别一个DNA 3碱基序列（见图3-9 ）。因为DNA一共只用到4种碱基分子，理论上存在的3碱基序列也不过是区 区64种（43=64）。因此，如果我们能够找到64种不同的锌手指，分别对应一种 独一无二的DNA 3碱基序列，我们就有可能通过排列组合不同数目的锌手指 ，实现对任意基因组DNA序列的精确定位。
比如，前面的故事里我们讲到过镰刀形红细胞贫血症，一种由于血红蛋 白HBS基因第20位的A变成了T导致的单基因遗传病。如果我们用基因组精 确编辑的逻辑，将错误的T再重新变成A，我们就需要一个精确的基因组GPS 帮助我们迅速定位到这个错误的碱基附近，然后用一把锋利的基因组剪刀剪 断错误碱基附近的DNA链，再替换上一段正确的DNA序列。
上一章的故事里曾经提起过，一个由大约30个氨基酸构成的锌手指蛋白 ，和一段3个碱基组成的DNA序列，并不是严丝合缝地完美对应的。形象地说， 一根锌手指会比一段3碱基DNA略大一点。因此可想而知，几个锌手指串联 起来就有可能会互相干扰，就像如果我们试着戴上一副太大的手套，难免会 出现两根手指钻到一个洞里的情形。所以针对任何一段DNA序列设计锌手 指组合都是一个需要技巧和经验的任务。这是为什么圣加蒙公司依靠独门的 锌手指组合筛选技术就可以独霸整个领域，也是为什么郑的团队会孜孜以求 一种开放给全世界的锌手指组装平台了。
说得抽象一点，锌手指组合的可编程性是不完备的。是的，我们确实可以 像玩乐高玩具一样把不同的锌手指组装起来，实现对任意一段DNA序列的 精确识别。但是哪些锌手指可以组装在一起，哪些会互相干扰，仍然无法完全 从理论上预测，就凭这一点，它也远没有乐高玩具那样完美地模块化——任 意两块总是可以组合在一起。这一点严重限制了锌手指核酸酶的基础应用与 临床应用。
“神话”蛋白的效率要远远低于锌手指。这种低效率造成了两个问题。第 一，针对人类基因组任一位置的定位，都需要超长片段的“神话”DNA，可是病 毒载体运输DNA的能力是有极限的，这样一来，想要在运输“神话”DNA的同 时携带各种DNA操作工具（FokI基因剪刀）往往就会捉襟见肘。第二，尽管设 计出这一长段“神话”DNA仅仅是在计算机上动动手指的事情，但要在实验室 里实际克隆出这么一段DNA就没有那么简单了，因为这需要把20多段序列 几乎完全一致的DNA分别合成出来，然后再按顺序连在一起，不光实际操作 的技术员会觉得困惑，负责DNA连接的蛋白质分子（我们称其为“连接酶”）也 经常会搞错顺序！因此，在“神话”蛋白出现的前几年，科学家都在忙活着发明 各种能够保证“神话手指”正确组装的技术。
而这次出头抢了“神话”风头的小兄弟，有个长得可以吓跑一半读者的学 术大名，叫“成簇的规律间隔的短回文重复序列”（clustered regularly interspac ed short palindromic repeats）。不过大家先不用害怕，这么佶屈聱牙的名字别 说你们，就连科学家们也都记不住。于是大家用首字母组合“CRISPR”来称呼 这种新技术。CRISPR的发音和英文单词“crisper”（保鲜盒）相似，而新鲜出炉 的CRISPR技术也真的像这个发音暗示的那样，鲜活水灵，一个猛子扎到基因 编辑的领地里，成功扮演了搅局者的角色。
其实CRISPR本身是个已经有些年头的发现。这种东西最早发现于1987 年，那个时候就连锌手指都才初露峥嵘，更别说“神话”蛋白了。
1987年，一些日本科学家在研究大肠杆菌的时候，发现它的基因组DNA 上有一些看起来怪里怪气的重复结构：有一段29碱基的序列反复出现了5次， 两两之间都被32个碱基形成的看起来杂乱无章的序列隔开了。形象地来说， 就像是给你5块一模一样的砖头，再发给你4根颜色不同的皮筋，然后要求你 用红皮筋把1号砖头和2号砖头连起来，用绿皮筋把2号和3号连起来，用黄皮 筋把3号和4号连起来……这样连起来就有点像日本科学家发现的这段DNA 序列了.
1993年，西班牙科学家弗朗 西斯科・莫西卡（Francisco Mojica，见图4-7）在另一种细菌——地中海嗜盐菌 ——里又一次发现了这种古怪的重复序列。
这就有趣了。要知道从大肠杆菌到地中海嗜盐菌，这两种细菌从生活环 境到进化历史都毫无相似之处可言。如果我们在大街上看到一个壮汉提着一 串用彩色皮筋绑起来的砖头，还可以认为是这个壮汉闲得无聊或者在酒后装 疯，但要是一天之内见到了两个这样的壮汉，肯定会自问一下，这串砖头是不 是当地的某种奇怪民俗啊？
好巧，莫西卡也是这么想的。于是他继 续在各种奇奇怪怪的细菌里寻找。到了2000年，莫西卡利用当时刚刚兴起的生物信息 学技术，在海量DNA数据库里进行检索，竟 然在20种不同微生物中都发现了这种名为 CRISPR的重复DNA结构！
这就有意思了，而且这几乎肯定说明 了CRISPR不太可能是偶然现象，也不太可 能仅仅是某种奇怪而无用的民俗，它应该 有着非常重要乃至性命攸关的生物功能。 要知道，对于任何有机生命来说，保存、复制 和传递遗传物质都是件很困难也很浪费资 源的事情——大家可以回忆一下我们故事 里讲到过的DNA半保留复制和DNA损伤 的修复。因此，要是CRISPR没有用处，在自
然选择的作用下，我们很难想象会有这么多不同的物种会不约而同地同时保 留了这么一长串的废物DNA。
以简单来说，这些CRISPR应该不是病毒藏身于细菌基因组的痕迹，反 而像是细菌在基因组里收藏了某些病毒不同角度的快照。
这当然不是细菌暗恋病毒的证明——生物学家们没那么浪漫，而且，细 菌大概也不会那么热爱这些病毒。因为这些被CRISPR序列记录下来的病毒 并不普通。与入侵人体细胞的HIV和入侵植物细胞的烟草花叶病毒类似，CRI SPR记录下的病毒，恰好是专门入侵细菌的病毒。它们依靠细菌维持自身的 生存繁衍，也因此会对细菌造成致命伤害，所以它们被恰如其分地命名为“噬 菌体”。
细菌作为一种单细胞生物，显然不可能期待来自其他细胞的帮助。因此， 如果细菌也希望抵御病毒的入侵，必须依靠自身细胞内的资源和手段。会不 会就是CRISPR？
这个想法初看起来很疯狂：谁能相信一段DNA就能实现一整套免疫系 统的功能？但是仔细想想却很耐人寻味。CRISPR肯定有着重要的功能，同时 又携带着许多病毒的信息；这些病毒恰恰又是对细菌威胁最大的噬菌体。这 三条放在一起的话，一个自然的猜测不就是CRISPR能帮助细菌抵抗噬菌体 吗？
这个想法验证起来也不难。我们大家也能设计出这样的实验来：如果一 切正如我们的猜测，那携带着某种病毒信息的CRISPR序列应该就具有病毒 疫苗的功能。拥有这段CRISPR序列的细菌应该不容易被这种病毒入侵，而如 果把这种CRISPR转移到另一种细菌中，也能让这种新的细菌具有免疫力。
，我们再来回想一下病毒的生命史。我们已经知道， 病毒本身并不具备独立生存繁衍的能力。病毒的“生命力”依赖于病毒颗粒能 够进入宿主细胞，释放出自身的遗传物质，并且利用宿主细胞的资源帮助其 复制繁衍。那么可以想象，对于病毒而言，它们进入宿主细胞后的第一件事就 是迫不及待地把自己的遗传物质给释放出来——或者说暴露出来。反过来， 对于饱受噬菌体之苦的细菌而言，病毒入侵的第一个标志是不是就是病毒遗 传物质在细胞内的出现？既然如此，细菌是不是也可以利用这一点来实现对 病毒的精确打击：一旦在细胞内监测到病毒遗传物质的出现，就第一时间启 动防御机制？
如果真是这样的话，CRISPR序列的功能也许就可以理解了。既然CRISP R序列中有一部分和病毒遗传物质完全一样，那么是不是可以想象这样一个 过程：细菌会把细胞内存在的所有DNA都一一抓来和CRISPR序列仔细比对， 一旦发现两者完全一致，就意味着病毒在细胞内出现了，就必须马上启动防 御机制？
如果此时我们再度回想锌手指和“神话”蛋白就会发现，与细菌相比，复 杂生物的DNA识别机制竟然是如此低效。我们说过，锌手指识别DNA的效率 是1:30，而“神话”蛋白更是低至1:102。而细菌的CRISPR识别DNA的效率是1: 1，这是在理论上就无法逾越的识别效率！如此惊人的识别效率，是因为CRISP R完全避免了DNA和氨基酸之间的转换，完全依赖RNA而不是氨基酸序列实 现对DNA的识别。由于DNA的每个碱基恰好对应RNA的一个碱基，因此，CRI SPR实现了最简洁的DNA识别，堪称超轻量级的基因组GPS。而这个能力也 迅速被用于开发新一代的基因编辑技术。
。2005年的时候，人们还不知道CRISPR DNA需要先转录成较短 的RNA分子，才能发挥功能（这一点直到2008年才发现），也不知道CRISPR的 真实功能是切割病毒DNA（这一点直到2010年才发现），更不知道CRISPR R NA发挥功能需要一系列与之结合的cas蛋白（这一点也是2008年才发现）。实 际上，即便是在2010年，人们已经知道细菌的免疫系统是cas蛋白和几段RNA 的复合体时，杜德纳都还没有找到合适的入手点。2010年，人们发现CRISPR RNA会结合好多个cas蛋白，而解析一个拥有七八个蛋白质分子、好几段RNA 片段的庞大蛋白复合体结构，直到今天在技术层面都还相当困难。
在2013年年初的短短数周内，三个实验室相继证明，人工设计的CRISPR 序列与cas9蛋白结合，确实可以高效编辑人类基因组。新一代人类基因编辑 技术正式走入现实。这三个研究组包括杜德纳自己，也包括任教于哈佛大学 医学院的乔治・丘奇和任教于麻省理工学院布罗德研究所的张锋——后两位 在“神话”蛋白的研究中已经发挥过重要作用，是基因编辑领域的老兵了。
与以往的基因编辑技术相比，例如锌手指蛋白和“神话”蛋白，CRISPR/ca s9技术的优势实在太过明显了。从工具准备的角度看，设计和制造一个用于 基因组定位的RNA片段，对于任何一个稍加训练的生物学研究人员来说都是 易如反掌的事情，远远简便于锌手指蛋白和“神话”蛋白的组装。与此同时，上 述三个实验室的工作也证明，CRISPR/cas9系统的工作效率要远远高于其他 两种技术，这意味着现实中改变任何生物乃至人类自身的基因组的成功率都 会大大提升。甚至在张锋实验室2013年发表的论文中，他们还证明可以一次 性利用几段不同的向导RNA来实现对基因组的多点精确手术操作，这是之前 任何基因编辑技术都无法达到的高效率。
利用CRISPR系统实现对特定基因的破坏、修复、关闭和启动；对cas9蛋 白和向导RNA的不断优化（以提高效率，降低差错率）；多线程的CRISPR/cas9 ；利用CRISPR/cas9系统尝试治疗疾病（已经尝试过的疾病类型包括癌症、肥 胖症、艾滋病、乙肝，以及包括镰刀形红细胞贫血症在内的各种遗传病）；利用 CRISPR/cas9系统研究基础生物学问题（包括用于大规模遗传筛选和制造各 种基因缺陷的动物模型）。最终，就在2016年，来自四川大学华西医院的医生， 已经开始将这项技术应用于治疗人类疾病。在一项2016年10月开始的临床试 验中，中国的科学家们将肺癌患者的免疫细胞提取出来，利用CRISPR/cas9技 术修改了细胞中的一个基因，再将这些细胞注入患者体内。他们期待，经过基 因改造的免疫细胞能够攻击患者体内的肿瘤。此时，距离CRISPR/cas9系统的 发现才过去了短短4年。
........................
意想不到的突破
从基因到基因导致的疾病，从“缺啥补啥”的传统基因治疗到“精确打击” 的基因编辑，从“黄金手指”“神话”蛋白到新鲜出炉的CRISPR/cas9，前面的故 事讲的是历史，是一段人群中的英雄们努力理解自身、试图抗击病痛的奋斗 史。
而从这里开始，我们来谈谈未来。
首先必须说明，不管从传统基因治疗到基因编辑概念的突破有多深远， 也不管CRISPR/cas9技术的应用潜力有多大，基因治疗和基因编辑领域都还 远没有达到真正瓜熟蒂落、高枕无忧的时候。
CRISPR/cas9技术固然简洁高效，但它并不是一项完美无缺的技术（当然 ，又有哪种技术敢说自己是完美无缺的呢）。一个广为诟病的潜在麻烦就是它 的脱靶效应：当你精心设计一段向导RNA序列，试图精确破坏或修改某一个 基因的时候，这套系统却有可能会错误切割目标打击范围之外的基因序列。 人们认为，这是因为CRISPR/cas9系统对错误的容忍度比较高，即便向导RNA 序列和目标基因组DNA序列并不是完美配对，存在一个或几个碱基配对的 差错，cas9蛋白也仍然有可能我行我素地启动DNA剪切程序。在浩瀚无垠的 人类基因组里，很难说没有一些大体相似的DNA序列存在。因此，高容错性的 CRISPR/cas9系统就会导致难以避免的脱靶效应。
还有一些看似很细节的技术问题，同样有可能影响CRISPR/cas9技术的 实际应用。比如，虽说CRISPR序列有着极其高效的DNA定位能力（1:1，远胜 锌手指的1:30和“神话”蛋白的1:102），但cas9蛋白本身是一个体型比较庞大 的蛋白，由1 000多个氨基酸构成。这样就导致CRISPR/cas9的整体大小要比 锌手指核酸酶系统还要大！前面已经讲过，这会对我们利用病毒载体运输基 因编辑系统构成一定程度的挑战。毕竟小小的病毒壳体其实装不下太多遗传 物质。还有，尽管利用CRISPR/cas9技术人工制造基因缺陷已经是很成熟的技
术（锌手指核酸酶和“神话”核酸酶在这方面做得也不错），但想要利用这三个 系统，高效修复出现缺陷的基因组序列仍是一个不小的挑战。我们说过，如果 想要利用基因编辑系统修复错误基因，细胞需要启动自身携带的一套“针线” ，而这套精确修复系统仅在细胞分裂时才会出现。也就是说，对于那些发生在 已经停止分裂的细胞中的遗传疾病——特别是神经系统疾病——我们还没 有找到很好的修复工具。
当然，对于基因治疗和基因编辑领域，特别是对于CRISPR/cas9技术而言 ，我们尽可以抱有最美好的期待。在过去的几年时间里，我们已经见证了这项 技术在全世界科学家共同推动下的飞速成长。上面这些技术问题，也许在你 们读到这里的时候，都已经被一一化解了。同时，我也得说，CRISPR/cas9技术 被很多人看作21世纪最重要的生物技术突破，甚至是自1953年DNA双螺旋 结构发现以来最重要的生物学突破，不是没有原因的。即便仍然存在这样或 那样的技术问题，但这项发明已经具备了走出实验室，走向病床、走向田野、 走进千家万户的潜力。
文字淺顯易懂, 搭配非常棒的插圖讓人更是一下理解基因編譯的具體化.
文中當然涉及了基因編碼的專利問題, 道德問題(宗教)
不過在這種超級新的科技上在發展階段, 所有的風險仍是未知數, 但是當我們真的能夠像在編譯電腦程式或者說拼排樂高玩具一樣的熟練基因編碼的話, 我們就真的手執上帝的手術刀了!
.................................................以下為文本多處不連續片段
对于地球生命而言，这无疑是传递遗传信息最简洁高效的办法。我们可 以把一个活的生物体看成许许多多化学物质在三维空间里的时空分布—— 对于人体而言，这意味着差不多有近1023个原子，在以纳米为空间精度、微秒
为时间精度的约束下完成排列组合。其中蕴含的信息量远远超过人类文明的 理解范围。即便在遥远的将来，它对于人类文明来说也可能是永久的秘密。所 有这些时空组合的源头，却不过是区区30亿个碱基对组成的DNA长链。在DNA长链上，遗传信息以碱基组合变化的方法存储，呈简单的一维线性排列，而 且精确到在世代传递中几乎不发生任何错误！可想而知，在生物世代繁衍的 过程中，想要准确复制一条DNA分子的难度——就像我们刚刚讲过的那样 ——要远远低于临摹先辈三维空间里的全部生物性状。而DNA复制和传递 过程中出现的偶然错误——概率大约是1/109，反过来也可以赋予生物体足 够的多样性，为达尔文的进化论提供基础，让地球生命在严酷多变的地球环 境中熬过自然选择的洗礼。
镰刀形红细胞贫血症可能是大家从中学生物课本里就已经熟知的一类 单基因遗传病。在人体基因组中，有几个负责编码和制造血红蛋白的基因（包 括HBA和HBB）。这些基因对于人体的正常机能非常重要——因为血红蛋白 是血液中的红细胞携带和运输氧气的重要载体。而在镰刀形红细胞贫血症患 者体内，HBA基因的DNA序列发生了一个特定碱基分子的变异：第20位的碱
基发生了变化，从A变成了T，从而导致HBA蛋白第7位的氨基酸从谷氨酸变 成了缬氨酸，成为功能异常的HBS蛋白。就是这么一个最低程度的遗传变异， 竟然剧烈破坏了人体血红蛋白的形态和功能。在这些患者体内，红细胞不再 是规则的圆饼形，而是成了不规则的镰刀形（见图2-1），并伴随有严重细菌感 染、肝脏脾脏肿大等一系列临床症状。
白化病是另一个类似的例子。人类基因组里编码酪氨酸酶的基因（例如 OCA1、OCA2和TRP-1）对于人体合成黑色素非常重要。因此，如果这些基因 出现遗传变异，人体皮肤及毛发失去合成黑色素的能力，就会出现“白化”症 状。而比“白化”本身更影响健康的是眼部视网膜、虹膜和瞳孔的色素缺失。也 正是因为这个原因，白化病患者非常怕光。
这方面的一个经典例子就是困扰许多中国孩子（也包括我自己）的高度 近视。针对大规模人群的谱系分析已经发现了数十个与近视发病高度相关的 遗传变异位点，与此同时，近距离工作用眼和缺乏户外运动也被证明与近视 发病有着密切的关联。近年来亚洲国家的近视发病率屡创新高（见图2-4）。这 其中既有亚洲国家普遍重视教育、轻视户外活动的因素，也与亚洲人群中近 视易感的基因变异比例较大有关。除此之外，困扰现代社会的各种“现代病”， 包括高血压、高血脂，精神类疾病如抑郁症等，也都是复杂遗传因素和环境因 素相互作用的结果。
绝大多数病毒的结构都非常简单，外层是由蛋白质颗粒紧密连接形成的 空心球状外壳，坚硬的外壳内部保护着病毒的遗传物质。有的时候，病毒最外 面还会包裹着一层薄薄的脂质分子。不过，不同于细菌、豌豆和人类总是用D NA双链螺旋来储存遗传信息，病毒的遗传物质复杂多变，可以是双链DNA， 也可以是单链DNA，甚至还可以干脆就是RNA。但在区区几百纳米的空间里， DNA或RNA序列所能携带的遗传信息是非常有限的。举例来说，流感病毒拥 有11个基因，HIV仅拥有9个基因
利用几个或十几个基因就可以兴风作浪，病毒实乃借力打力的高手。病 毒的生活史可以被分成截然不同的两个阶段。在无机环境中的病毒颗粒其实 可以被当作非生命来对待，比如空气中、土壤里、水里的流感病毒或HIV颗粒 ，本身无法进行任何新陈代谢和生殖繁衍。如果保存条件合适，这 些病毒颗粒可以千秋万代地稳定存在下去，就像我们身边的石头。只有进入 到其他生物的细胞内之后，病毒才会借助宿主细胞本身的大量基因，开启自 己专属的生命活动。连复制自身基因、繁衍后代的活计，病毒也都需要宿主的 “帮忙”。病毒是真正字面意义上的寄生虫。
用RNA制造DNA的过程也就被恰如其分地称 为“逆转录”。在地球上的生命中，有且仅有一小部分病毒能够启动这种非常 特别的生物过程，其中就包括HIV。而实际上，一类有效治疗艾滋病的药物也 正是利用了这一点，通过抑制病毒的逆转录过程，我们就能够在不干扰人体 自身机能的条件下——因为人体细胞正常状态下根本不存在逆转录这一生 物过程——高效抑制HIV的复制和扩散。
在上述步骤完成之后，就可以说HIV已经成为人体免疫细胞的一部分了 。每一次免疫细胞复制的时候，都会依样画葫芦地帮助HIV也复制一套专属 于它的遗传物质。如果HIV启动它的繁衍程序时，它就可以利用隐藏在人体 基因组DNA深处的遗传信息，让人体细胞为它合成病毒的各种必需蛋白质， 为它准备病毒颗粒的RNA遗传物质，甚至让人体细胞为它们组装出完整的病 毒颗粒来！一旦时机成熟，这些病毒颗粒就会在细胞膜上“顶”出一个小鼓包， 然后裹着一团人体细胞的细胞膜呼啸而去，留下千疮百孔的免疫细胞。看到 这里，你应该明白为什么HIV能够破坏人体的免疫机能，又为什么那些天生带 有CCR5基因突变的幸运儿可以终身避免HIV的侵犯了吧。
然而在纳米（十亿分之一米）和埃（百亿分之一米）的微观尺度下，别说肉 眼能看到的剪刀和针线了，人类目前所能设计和制造的所有微型机器都显得 过于粗大、笨重和低效率。先说锁定目标这一步，要知道，人类基因组DNA上 约有30亿个碱基对，如果要通过阅读一个一个的碱基，在其中找到那个特别 需要修正的“问题”碱基，一目十行也要读到头晕眼花甚至地老天荒才找得到 。更不要说基因组DNA在细胞内形成了极其复杂的三维结构，即便是你愿意 一个一个碱基按顺序读下来也做不到。再说修复这一步，用纯粹机械论的逻 辑来规划，替换掉一个出错的碱基，至少需要这么几步：首先要用一双锋利无 比、能剪长度只有几埃的化学键剪刀，把这个问题碱基前后相连的碱基咔嚓 咔嚓剪掉；之后用一只机器手抓起问题碱基扔到垃圾桶，再抓来一个正确的 碱基分子；最后，用无比精细的针线把这个新碱基重新与前后的碱基缝起来， 让它们重新形成一条完整的DNA分子。这远远超越了人类当前的知识和技 术储备。
然而在纳米（十亿分之一米）和埃（百亿分之一米）的微观尺度下，别说肉 眼能看到的剪刀和针线了，人类目前所能设计和制造的所有微型机器都显得 过于粗大、笨重和低效率。先说锁定目标这一步，要知道，人类基因组DNA上 约有30亿个碱基对，如果要通过阅读一个一个的碱基，在其中找到那个特别 需要修正的“问题”碱基，一目十行也要读到头晕眼花甚至地老天荒才找得到 。更不要说基因组DNA在细胞内形成了极其复杂的三维结构，即便是你愿意 一个一个碱基按顺序读下来也做不到。再说修复这一步，用纯粹机械论的逻 辑来规划，替换掉一个出错的碱基，至少需要这么几步：首先要用一双锋利无 比、能剪长度只有几埃的化学键剪刀，把这个问题碱基前后相连的碱基咔嚓 咔嚓剪掉；之后用一只机器手抓起问题碱基扔到垃圾桶，再抓来一个正确的 碱基分子；最后，用无比精细的针线把这个新碱基重新与前后的碱基缝起来， 让它们重新形成一条完整的DNA分子。这远远超越了人类当前的知识和技 术储备。
我们已经知道，一个锌手指模块能够识别一个DNA 3碱基序列（见图3-9 ）。因为DNA一共只用到4种碱基分子，理论上存在的3碱基序列也不过是区 区64种（43=64）。因此，如果我们能够找到64种不同的锌手指，分别对应一种 独一无二的DNA 3碱基序列，我们就有可能通过排列组合不同数目的锌手指 ，实现对任意基因组DNA序列的精确定位。
比如，前面的故事里我们讲到过镰刀形红细胞贫血症，一种由于血红蛋 白HBS基因第20位的A变成了T导致的单基因遗传病。如果我们用基因组精 确编辑的逻辑，将错误的T再重新变成A，我们就需要一个精确的基因组GPS 帮助我们迅速定位到这个错误的碱基附近，然后用一把锋利的基因组剪刀剪 断错误碱基附近的DNA链，再替换上一段正确的DNA序列。
我们已经知道，一个锌手指模块能够识别一个DNA 3碱基序列（见图3-9 ）。因为DNA一共只用到4种碱基分子，理论上存在的3碱基序列也不过是区 区64种（43=64）。因此，如果我们能够找到64种不同的锌手指，分别对应一种 独一无二的DNA 3碱基序列，我们就有可能通过排列组合不同数目的锌手指 ，实现对任意基因组DNA序列的精确定位。
比如，前面的故事里我们讲到过镰刀形红细胞贫血症，一种由于血红蛋 白HBS基因第20位的A变成了T导致的单基因遗传病。如果我们用基因组精 确编辑的逻辑，将错误的T再重新变成A，我们就需要一个精确的基因组GPS 帮助我们迅速定位到这个错误的碱基附近，然后用一把锋利的基因组剪刀剪 断错误碱基附近的DNA链，再替换上一段正确的DNA序列。
上一章的故事里曾经提起过，一个由大约30个氨基酸构成的锌手指蛋白 ，和一段3个碱基组成的DNA序列，并不是严丝合缝地完美对应的。形象地说， 一根锌手指会比一段3碱基DNA略大一点。因此可想而知，几个锌手指串联 起来就有可能会互相干扰，就像如果我们试着戴上一副太大的手套，难免会 出现两根手指钻到一个洞里的情形。所以针对任何一段DNA序列设计锌手 指组合都是一个需要技巧和经验的任务。这是为什么圣加蒙公司依靠独门的 锌手指组合筛选技术就可以独霸整个领域，也是为什么郑的团队会孜孜以求 一种开放给全世界的锌手指组装平台了。
说得抽象一点，锌手指组合的可编程性是不完备的。是的，我们确实可以 像玩乐高玩具一样把不同的锌手指组装起来，实现对任意一段DNA序列的 精确识别。但是哪些锌手指可以组装在一起，哪些会互相干扰，仍然无法完全 从理论上预测，就凭这一点，它也远没有乐高玩具那样完美地模块化——任 意两块总是可以组合在一起。这一点严重限制了锌手指核酸酶的基础应用与 临床应用。
“神话”蛋白的效率要远远低于锌手指。这种低效率造成了两个问题。第 一，针对人类基因组任一位置的定位，都需要超长片段的“神话”DNA，可是病 毒载体运输DNA的能力是有极限的，这样一来，想要在运输“神话”DNA的同 时携带各种DNA操作工具（FokI基因剪刀）往往就会捉襟见肘。第二，尽管设 计出这一长段“神话”DNA仅仅是在计算机上动动手指的事情，但要在实验室 里实际克隆出这么一段DNA就没有那么简单了，因为这需要把20多段序列 几乎完全一致的DNA分别合成出来，然后再按顺序连在一起，不光实际操作 的技术员会觉得困惑，负责DNA连接的蛋白质分子（我们称其为“连接酶”）也 经常会搞错顺序！因此，在“神话”蛋白出现的前几年，科学家都在忙活着发明 各种能够保证“神话手指”正确组装的技术。
而这次出头抢了“神话”风头的小兄弟，有个长得可以吓跑一半读者的学 术大名，叫“成簇的规律间隔的短回文重复序列”（clustered regularly interspac ed short palindromic repeats）。不过大家先不用害怕，这么佶屈聱牙的名字别 说你们，就连科学家们也都记不住。于是大家用首字母组合“CRISPR”来称呼 这种新技术。CRISPR的发音和英文单词“crisper”（保鲜盒）相似，而新鲜出炉 的CRISPR技术也真的像这个发音暗示的那样，鲜活水灵，一个猛子扎到基因 编辑的领地里，成功扮演了搅局者的角色。
其实CRISPR本身是个已经有些年头的发现。这种东西最早发现于1987 年，那个时候就连锌手指都才初露峥嵘，更别说“神话”蛋白了。
1987年，一些日本科学家在研究大肠杆菌的时候，发现它的基因组DNA 上有一些看起来怪里怪气的重复结构：有一段29碱基的序列反复出现了5次， 两两之间都被32个碱基形成的看起来杂乱无章的序列隔开了。形象地来说， 就像是给你5块一模一样的砖头，再发给你4根颜色不同的皮筋，然后要求你 用红皮筋把1号砖头和2号砖头连起来，用绿皮筋把2号和3号连起来，用黄皮 筋把3号和4号连起来……这样连起来就有点像日本科学家发现的这段DNA 序列了.
1993年，西班牙科学家弗朗 西斯科・莫西卡（Francisco Mojica，见图4-7）在另一种细菌——地中海嗜盐菌 ——里又一次发现了这种古怪的重复序列。
这就有趣了。要知道从大肠杆菌到地中海嗜盐菌，这两种细菌从生活环 境到进化历史都毫无相似之处可言。如果我们在大街上看到一个壮汉提着一 串用彩色皮筋绑起来的砖头，还可以认为是这个壮汉闲得无聊或者在酒后装 疯，但要是一天之内见到了两个这样的壮汉，肯定会自问一下，这串砖头是不 是当地的某种奇怪民俗啊？
好巧，莫西卡也是这么想的。于是他继 续在各种奇奇怪怪的细菌里寻找。到了2000年，莫西卡利用当时刚刚兴起的生物信息 学技术，在海量DNA数据库里进行检索，竟 然在20种不同微生物中都发现了这种名为 CRISPR的重复DNA结构！
这就有意思了，而且这几乎肯定说明 了CRISPR不太可能是偶然现象，也不太可 能仅仅是某种奇怪而无用的民俗，它应该 有着非常重要乃至性命攸关的生物功能。 要知道，对于任何有机生命来说，保存、复制 和传递遗传物质都是件很困难也很浪费资 源的事情——大家可以回忆一下我们故事 里讲到过的DNA半保留复制和DNA损伤 的修复。因此，要是CRISPR没有用处，在自
然选择的作用下，我们很难想象会有这么多不同的物种会不约而同地同时保 留了这么一长串的废物DNA。
以简单来说，这些CRISPR应该不是病毒藏身于细菌基因组的痕迹，反 而像是细菌在基因组里收藏了某些病毒不同角度的快照。
这当然不是细菌暗恋病毒的证明——生物学家们没那么浪漫，而且，细 菌大概也不会那么热爱这些病毒。因为这些被CRISPR序列记录下来的病毒 并不普通。与入侵人体细胞的HIV和入侵植物细胞的烟草花叶病毒类似，CRI SPR记录下的病毒，恰好是专门入侵细菌的病毒。它们依靠细菌维持自身的 生存繁衍，也因此会对细菌造成致命伤害，所以它们被恰如其分地命名为“噬 菌体”。
细菌作为一种单细胞生物，显然不可能期待来自其他细胞的帮助。因此， 如果细菌也希望抵御病毒的入侵，必须依靠自身细胞内的资源和手段。会不 会就是CRISPR？
这个想法初看起来很疯狂：谁能相信一段DNA就能实现一整套免疫系 统的功能？但是仔细想想却很耐人寻味。CRISPR肯定有着重要的功能，同时 又携带着许多病毒的信息；这些病毒恰恰又是对细菌威胁最大的噬菌体。这 三条放在一起的话，一个自然的猜测不就是CRISPR能帮助细菌抵抗噬菌体 吗？
这个想法验证起来也不难。我们大家也能设计出这样的实验来：如果一 切正如我们的猜测，那携带着某种病毒信息的CRISPR序列应该就具有病毒 疫苗的功能。拥有这段CRISPR序列的细菌应该不容易被这种病毒入侵，而如 果把这种CRISPR转移到另一种细菌中，也能让这种新的细菌具有免疫力。
，我们再来回想一下病毒的生命史。我们已经知道， 病毒本身并不具备独立生存繁衍的能力。病毒的“生命力”依赖于病毒颗粒能 够进入宿主细胞，释放出自身的遗传物质，并且利用宿主细胞的资源帮助其 复制繁衍。那么可以想象，对于病毒而言，它们进入宿主细胞后的第一件事就 是迫不及待地把自己的遗传物质给释放出来——或者说暴露出来。反过来， 对于饱受噬菌体之苦的细菌而言，病毒入侵的第一个标志是不是就是病毒遗 传物质在细胞内的出现？既然如此，细菌是不是也可以利用这一点来实现对 病毒的精确打击：一旦在细胞内监测到病毒遗传物质的出现，就第一时间启 动防御机制？
如果真是这样的话，CRISPR序列的功能也许就可以理解了。既然CRISP R序列中有一部分和病毒遗传物质完全一样，那么是不是可以想象这样一个 过程：细菌会把细胞内存在的所有DNA都一一抓来和CRISPR序列仔细比对， 一旦发现两者完全一致，就意味着病毒在细胞内出现了，就必须马上启动防 御机制？
如果此时我们再度回想锌手指和“神话”蛋白就会发现，与细菌相比，复 杂生物的DNA识别机制竟然是如此低效。我们说过，锌手指识别DNA的效率 是1:30，而“神话”蛋白更是低至1:102。而细菌的CRISPR识别DNA的效率是1: 1，这是在理论上就无法逾越的识别效率！如此惊人的识别效率，是因为CRISP R完全避免了DNA和氨基酸之间的转换，完全依赖RNA而不是氨基酸序列实 现对DNA的识别。由于DNA的每个碱基恰好对应RNA的一个碱基，因此，CRI SPR实现了最简洁的DNA识别，堪称超轻量级的基因组GPS。而这个能力也 迅速被用于开发新一代的基因编辑技术。
。2005年的时候，人们还不知道CRISPR DNA需要先转录成较短 的RNA分子，才能发挥功能（这一点直到2008年才发现），也不知道CRISPR的 真实功能是切割病毒DNA（这一点直到2010年才发现），更不知道CRISPR R NA发挥功能需要一系列与之结合的cas蛋白（这一点也是2008年才发现）。实 际上，即便是在2010年，人们已经知道细菌的免疫系统是cas蛋白和几段RNA 的复合体时，杜德纳都还没有找到合适的入手点。2010年，人们发现CRISPR RNA会结合好多个cas蛋白，而解析一个拥有七八个蛋白质分子、好几段RNA 片段的庞大蛋白复合体结构，直到今天在技术层面都还相当困难。
在2013年年初的短短数周内，三个实验室相继证明，人工设计的CRISPR 序列与cas9蛋白结合，确实可以高效编辑人类基因组。新一代人类基因编辑 技术正式走入现实。这三个研究组包括杜德纳自己，也包括任教于哈佛大学 医学院的乔治・丘奇和任教于麻省理工学院布罗德研究所的张锋——后两位 在“神话”蛋白的研究中已经发挥过重要作用，是基因编辑领域的老兵了。
与以往的基因编辑技术相比，例如锌手指蛋白和“神话”蛋白，CRISPR/ca s9技术的优势实在太过明显了。从工具准备的角度看，设计和制造一个用于 基因组定位的RNA片段，对于任何一个稍加训练的生物学研究人员来说都是 易如反掌的事情，远远简便于锌手指蛋白和“神话”蛋白的组装。与此同时，上 述三个实验室的工作也证明，CRISPR/cas9系统的工作效率要远远高于其他 两种技术，这意味着现实中改变任何生物乃至人类自身的基因组的成功率都 会大大提升。甚至在张锋实验室2013年发表的论文中，他们还证明可以一次 性利用几段不同的向导RNA来实现对基因组的多点精确手术操作，这是之前 任何基因编辑技术都无法达到的高效率。
利用CRISPR系统实现对特定基因的破坏、修复、关闭和启动；对cas9蛋 白和向导RNA的不断优化（以提高效率，降低差错率）；多线程的CRISPR/cas9 ；利用CRISPR/cas9系统尝试治疗疾病（已经尝试过的疾病类型包括癌症、肥 胖症、艾滋病、乙肝，以及包括镰刀形红细胞贫血症在内的各种遗传病）；利用 CRISPR/cas9系统研究基础生物学问题（包括用于大规模遗传筛选和制造各 种基因缺陷的动物模型）。最终，就在2016年，来自四川大学华西医院的医生， 已经开始将这项技术应用于治疗人类疾病。在一项2016年10月开始的临床试 验中，中国的科学家们将肺癌患者的免疫细胞提取出来，利用CRISPR/cas9技 术修改了细胞中的一个基因，再将这些细胞注入患者体内。他们期待，经过基 因改造的免疫细胞能够攻击患者体内的肿瘤。此时，距离CRISPR/cas9系统的 发现才过去了短短4年。
........................
意想不到的突破
从基因到基因导致的疾病，从“缺啥补啥”的传统基因治疗到“精确打击” 的基因编辑，从“黄金手指”“神话”蛋白到新鲜出炉的CRISPR/cas9，前面的故 事讲的是历史，是一段人群中的英雄们努力理解自身、试图抗击病痛的奋斗 史。
而从这里开始，我们来谈谈未来。
首先必须说明，不管从传统基因治疗到基因编辑概念的突破有多深远， 也不管CRISPR/cas9技术的应用潜力有多大，基因治疗和基因编辑领域都还 远没有达到真正瓜熟蒂落、高枕无忧的时候。
CRISPR/cas9技术固然简洁高效，但它并不是一项完美无缺的技术（当然 ，又有哪种技术敢说自己是完美无缺的呢）。一个广为诟病的潜在麻烦就是它 的脱靶效应：当你精心设计一段向导RNA序列，试图精确破坏或修改某一个 基因的时候，这套系统却有可能会错误切割目标打击范围之外的基因序列。 人们认为，这是因为CRISPR/cas9系统对错误的容忍度比较高，即便向导RNA 序列和目标基因组DNA序列并不是完美配对，存在一个或几个碱基配对的 差错，cas9蛋白也仍然有可能我行我素地启动DNA剪切程序。在浩瀚无垠的 人类基因组里，很难说没有一些大体相似的DNA序列存在。因此，高容错性的 CRISPR/cas9系统就会导致难以避免的脱靶效应。
还有一些看似很细节的技术问题，同样有可能影响CRISPR/cas9技术的 实际应用。比如，虽说CRISPR序列有着极其高效的DNA定位能力（1:1，远胜 锌手指的1:30和“神话”蛋白的1:102），但cas9蛋白本身是一个体型比较庞大 的蛋白，由1 000多个氨基酸构成。这样就导致CRISPR/cas9的整体大小要比 锌手指核酸酶系统还要大！前面已经讲过，这会对我们利用病毒载体运输基 因编辑系统构成一定程度的挑战。毕竟小小的病毒壳体其实装不下太多遗传 物质。还有，尽管利用CRISPR/cas9技术人工制造基因缺陷已经是很成熟的技
术（锌手指核酸酶和“神话”核酸酶在这方面做得也不错），但想要利用这三个 系统，高效修复出现缺陷的基因组序列仍是一个不小的挑战。我们说过，如果 想要利用基因编辑系统修复错误基因，细胞需要启动自身携带的一套“针线” ，而这套精确修复系统仅在细胞分裂时才会出现。也就是说，对于那些发生在 已经停止分裂的细胞中的遗传疾病——特别是神经系统疾病——我们还没 有找到很好的修复工具。
当然，对于基因治疗和基因编辑领域，特别是对于CRISPR/cas9技术而言 ，我们尽可以抱有最美好的期待。在过去的几年时间里，我们已经见证了这项 技术在全世界科学家共同推动下的飞速成长。上面这些技术问题，也许在你 们读到这里的时候，都已经被一一化解了。同时，我也得说，CRISPR/cas9技术 被很多人看作21世纪最重要的生物技术突破，甚至是自1953年DNA双螺旋 结构发现以来最重要的生物学突破，不是没有原因的。即便仍然存在这样或 那样的技术问题，但这项发明已经具备了走出实验室，走向病床、走向田野、 走进千家万户的潜力。
June 6, 2022
After finishing “The Code Breaker” (CB) and unsatisfied with pop-science details in it, I found this book through a book review of the former.
Although this book is of a different genre, it synergizes with the former in an interesting and complementary way. It provides more comprehensive details of the CRISPR-Cas system, but the science history part is (understandably) much simpler than CB, whose author has close personal relationships with most stakeholders. On the other hand, this pop-sci elaborates vividly the CRISPR’s direct precursors, the “Zinc finger” and TALE, and its predecessor, recombinant DNA, which are only skimmed in CB (also understandably, because they are less relevant to that biography’s heroine).
Another interesting common part is that both books engage a serious ethics discussion in light of the imminent human gene editing era. They present not only near-identical arguments but also elaborate them in almost the same way. It’s impossible for either author to reference the other: this book precedes CB by four full years while CB’s author definitely doesn’t understand Chinese. Great minds think alike, don’t they?
Prof. Wang’s academic skills are beyond doubt, however, his writing skill can still use some finer honing, or a better editor.4 stars and kudos to his enthusiasms in popular science!
Although this book is of a different genre, it synergizes with the former in an interesting and complementary way. It provides more comprehensive details of the CRISPR-Cas system, but the science history part is (understandably) much simpler than CB, whose author has close personal relationships with most stakeholders. On the other hand, this pop-sci elaborates vividly the CRISPR’s direct precursors, the “Zinc finger” and TALE, and its predecessor, recombinant DNA, which are only skimmed in CB (also understandably, because they are less relevant to that biography’s heroine).
Another interesting common part is that both books engage a serious ethics discussion in light of the imminent human gene editing era. They present not only near-identical arguments but also elaborate them in almost the same way. It’s impossible for either author to reference the other: this book precedes CB by four full years while CB’s author definitely doesn’t understand Chinese. Great minds think alike, don’t they?
Prof. Wang’s academic skills are beyond doubt, however, his writing skill can still use some finer honing, or a better editor.4 stars and kudos to his enthusiasms in popular science!
May 1, 2018
历史的经验告诉我们，人类对自身和对世界的认识与改造也许会凝滞，但似乎从未被逆转。 不管是恐惧也罢、抵触也罢、欢迎也罢、漫不经心也罢，我们这个物种在进化数十亿年之后，确确实实已经站在了大规模改造其他生物乃至创造自身的门槛上。在这个很可能被载入史册的关口，与其试图用道德观念和伦理批判延缓脚步，还不如用更开放的心态拥抱它，用最严格的监管管控它，让新技术在自身进化成熟之后，帮助人类更好地认识和完善自己。
February 16, 2019
这本书非常通俗易懂，且逻辑清晰，引人入胜。作者为我们描述了人类探索基因奥秘的惊心动魄的旅程，并且传达了作者的思考，值得一读。
Read
February 5, 2023纸质版的彩图非常好，爱不释手。
这本书对了解基因治疗的历史很有帮助，第二版介绍了近5年基因编辑领域最新的进展，例如诺奖大姐杜德纳作为创始人之一的intellia公司体内基因编辑治疗ATTR、刘如谦创立的公司可以对单个碱基进行编辑等。
这本书对了解基因治疗的历史很有帮助，第二版介绍了近5年基因编辑领域最新的进展，例如诺奖大姐杜德纳作为创始人之一的intellia公司体内基因编辑治疗ATTR、刘如谦创立的公司可以对单个碱基进行编辑等。
March 19, 2023
详细讲述了基因编辑的前生和后世，非常有帮助，科研人员下台科普，太香了!
Read
February 8, 2018很精彩，值得一读。
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