资本最喜欢这样的故事 。
1987年 , 日本科学家在大肠杆菌的基因体发现一段古怪的规律序列 , 某一小段DNA(Repeat)会一直重复 , 重复片段之间又有一样长的间隔 (Spacer) , 用途不明 , 科学家把这段序列叫做 CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) 。 后来发现 , 许多细菌都有CRISPR , 它是细菌免疫系统的一种机制 , 可以记忆曾经来犯的病毒 。
彼时的科学家可能想不到 , 这个看似不起眼的DNA片段 , 将会引爆基因编辑的大狂潮 。
故事是这么开始的:当病毒入侵细菌 , 会把自己的DNA注入到细菌中 , 企图霸占细菌工厂的资源 , 复制新病毒 。 但细菌也不会乖乖挨打 , 它们的免疫系统可以辨识、摧毁病毒的DNA 。
这是一场微观世界的闪电战 , 细菌的反击必须够快、够准 , 才有机会存活 。
有些细菌侥幸存活后 , 会挑选一段病毒的DNA碎片 , 插入自己的 CRISPR序列 (增加一段Spacer) , 就像为病毒建立“罪犯资料库” 。 当病毒第二次入侵 , 细菌就能依靠CRISPR 序列快速认出这种病毒 , 第一时间反杀 , 提高存活率 。
细菌又是如何认出病毒的呢?
首先 , 细菌会用旧病毒的DNA片段 (Spacer))当模板 , 打造一条互补的引导RNA , 例如病毒DNA的硷基是 T、RNA是A;DNA是G、RNA是C , 或是互相颠倒 。 引导 RNA 再利用这种互补关係 , 比对新病毒DNA片段 , 如果可以互补 , 表示新旧病毒相同 。
接著 , 细菌体内的武装警察──可以切割DNA的活性酶(例如某些细菌里的Cas9)会抓住这段引导RNA(嫌犯资料) , “盘查”新病毒的 DNA , 看看有没有与引导RNA互补的段落 。 这一次反过来 , RNA是A , DNA是T;RNA是C , DNA是G , 或是互相颠倒 。
一旦找到了 , Cas9立刻剪开“被认出” DNA 片段 。 DNA被剪断摧毁 , 病毒就没戏唱了 , 这种细菌的免疫机制 , 称为CRISPR 。
所以CRISPR一经问世 , 立刻铺天盖地应用在细菌、真菌、动物、植物、人类医学等领域 。 2010年有关CRISP的论文不到50篇 , 到了2015年 , 已暴增到1100篇 。
但这一技术并不完美 。
基因编辑的过程中 , Cas9酶负责在修改之前、在整个浩瀚的基因组中搜索并锁定有问题的、或待编辑的目标DNA片段(称为基因靶向定位) 。 但有时靶向定位可能不够精准 , 或会在基因组非目标的位置修改了DNA , 造成脱靶编辑 。
这种意外改变可能导致严重的后果 , 如引发癌症 。 因此 , 要令CRISPR-Cas9能够对基因组进行精准的“分子手术”成为了重中之重 。
现时CRISPR基因编辑技术中常用的Cas9酶有两种版本:SpCas9(来自化脓性链球菌的Cas9核酸酶)和SaCas9(来自金黄色葡萄球菌的Cas9核酸酶) 。 在一定程度上 , 两者都会出现不精准或出现脱靶效应(即偏离目标)的情形 。
先前研究人员已改良了SpCas9 , 设计出SpCas9变体 , 提高其靶向精准度 。 可是 , 这种SpCas9变体的体积太大 , 不易被装入常用于传递体内基因治疗、而容量细小的腺相关病毒(adeno-associated virus AAV)载体中 。
相反 , SaCas9的体积比SpCas9小得多 , 很容易被装入负载能力有限的AAV载体中 , 以便在体内传递基因编辑的“分子手术刀” 。 然而 , 其问题也很明显 , 就是准确度 , 至今仍未有基因组靶向准确性高的SaCas9 。
CRISPR-Cas9基因编辑示意图
科学界目前尚未找到两全的办法 , 既能使其体积小 , 又能保证其靶向的精准度 。
2018年以来 , CRISPR-Cas9工具总会时不时被爆出“问题”——脱靶、特异性低等等 , “不成熟”的特点逐渐显现 , 但目前仍未找到解决方案 。 我们离“随心所欲编辑基因”还很遥远 。
基因编辑工具的三个主要目标维度
哈佛医学院 Dana Farber Cancer Institute的科研人员告诉虎嗅 , CRISPR工具确面临的瓶颈主要聚焦在两个方面 , 是否安全 , 是否高效 。
递送过程和靶点选择能否能保证安全性 , 以及是否可以通过分子调控 , 准确影响疾病状态 。 这些都有值得商榷的进步空间 。
今次 , Editas就承担着技术不完美带来的后果 。
金钱不是万能的
【诺奖技术CRISPR又没逃过失败“魔咒”】相比于其他同类公司 , Editas已经是最“不差钱”的那一个 , 至少不会在研发经费上犯难 。
资本从未对基因编辑技术热情消退 。
2015年 , 第三代基因编辑技术CRISPR-Cas9荣登著名学术期刊《科学》杂志十大科学突破榜首 。 在金融界 , 以基因测序、癌症肿瘤疗法为代表的生物科技股已雄冠全球资本市场多年 , 其中 , 达安基因、迪安诊断2015年度股价涨幅高达146.41%和105.93% 。
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