2012年，一种鲜为人知的细菌防御机制以CRISPR之名声威远播，成为人类眼中无与伦比的基因组编辑工具。
自此之后的十年间，CRISPR-Cas9衍生出多个变体，扩展为一个可编辑生命遗传密码的综合工具箱，并在学术研究、医疗保健和农业等领域掀起了应用狂潮。各种新闻头条汇报着CRISPR的伟绩。
FDA批准CRISPR用于纠正导致镰状细胞病的遗传缺陷。研究人员通过编辑免疫细胞以对抗无法治愈的儿童血癌。还有人利用基因编辑，成功将猪器官移植到人身上，为缓解供体器官短缺问题提供了可能。
最近的亮点工作则旨在通过一次性CRISPR注射降低风险人群患心脏病的几率，从而帮助数百万高胆固醇患者——甚至让这种基因疗法惠及大众。
詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）博士因在开发CRISPR方面的贡献而获得2020年诺贝尔化学奖。在杜德纳看来，人类只触及了基因编辑潜力的皮毛。不久前，她与研究生乔伊·王（Joy Wang）共同于《科学》杂志撰写综述文章，为CRISPR技术的下一个十年绘制了路线图。
如果说2010年代的重点是建立CRISPR工具箱并证明其有效性，那么未来十年就是让此技术充分发挥潜力的阶段。杜德纳等人如此写道，从基于CRISPR的疗法，到用于疾病诊断的大规模筛选，再到设计高产作物和营养食品，该技术“及其影响力仍处于早期阶段”。
过去十年的亮点
CRISPR早期阶段的一个亮点是它具备难以置信的快速设计疾病动物模型能力。
原版CRISPR能很轻易剪去早期小鼠胚胎内的目标基因，再将其移植入子宫，最终于一个月内得到转基因小鼠；相比之下，老派方法需耗费一年时间。
升级版的CRISPR技术，例如碱基编辑（base editing）和引导编辑（prime editing），进一步提高了改造转基因类器官或转基因动物的灵活性。
碱基编辑可将DNA或RNA上的特定碱基对进行修改。引导编辑则能在不切割双链情况下剪断DNA。
针对一些最具破坏性、也最令人困惑的人类疾病，CRISPR迅速帮我们建立起数十个模型，这些疾病包括各种癌症、阿尔茨海默病和杜兴氏肌营养不良症。目前有数十项基于CRISPR的试验正在进行中。
CRISPR加速推动着遗传筛查进入大数据时代。现在我们已经能同时沉默或激活数千个基因（而非低效地一次只针对一个基因），用以将基因扰动转化为生物变化。这对于理解遗传相互作用以及药物开发来说尤为重要。
目前CRISPR的最高成就是多重编辑（multiplexed editing）。它能同时对多个位置的基因进行编辑，一次性快速改变基因组构成。
亿万年来，人类煞费苦心地培育具备理想特性——颜色、大小、味道、营养、抗病能力——的作物。CRISPR可以帮助选择多种性状，甚至在一代内驯化出新作物。
没有角的公牛、营养丰富的西红柿、极其壮硕的家畜和鱼类……都因基因编辑而走入现实。2022年，全球人口达到80亿，其中几亿人正遭受饥饿之苦，CRISPR作物有望显著缓解饥饿问题——但前提是大家愿意接受这项技术。
未来要走向何方
对于杜德纳等学者来说，科学界需要进一步提高CRISPR的有效性并建立其信誉——这意味着提高编辑的准确性和精密度。针对这方面需求，研究人员的工作重点是快速升级CRISPR工具箱里的“剪刀”，也就是Cas酶。
举个例子，在老版CRISPR中，向导RNA（sgRNA）是单独工作的，但后来科学家进行创新，使sgRNA在没有Cas帮助的情况下难以结合目标序列。
换言之，负责靶向目标的sgRNA与负责切割目标的Cas酶必须手牵手地执行任务，前者所找到的区域就是后者所切割的序列。这个升级有助于针对特定DNA位点定制编辑并提高准确性，让剪切按预期进行。
此类策略还可提高精密度，减少副作用，甚至实现在神经元和其他不再分裂的细胞中插入新基因。
现阶段引导编辑的效率还很低，可能只有经典CRISPR的1/30。杜德纳等人表示：“未来十年的一个主要目标就是在不影响编辑产物纯度的情况下提高效率，看能否将引导编辑变成最通用的精确编辑工具之一。”
另一个可能更重要的目标是递送方式的升级。CRISPR递送仍处于瓶颈，尤其是在基因治疗方面。
现阶段，研究人员通常对体外细胞进行基因编辑，然后把细胞回输体内（就像CAR-T治疗那样）；有时，CRISPR工具箱也会被绑定至病毒载体或封装于脂肪泡中，后注入体内。2021年，美国FDA批准了第一种基于CRISPR的疫苗用于治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性（transthyretin amyloidosis）。
然而，上述这两种策略都存在问题：
一方面，没有多少类型的细胞能在CAR-T式的治疗中存活下来，往往会在重新引入体内时死亡。
另一方面，通过病毒等载体来向特定组织和器官注射CRISPR的方法，大多都还不靠谱。
杜德纳等科学家都期待，未来十年，我们能将CRISPR货物完好无损地运送到目标组织，并于预定位置释放编辑工具。实现此目标的各个环节虽纸上谈来容易，却都需要生物工程技术和创新方法来解决一系列实际难题。
此外杜德纳表示，CRISPR可与其他技术进展统合综效。
例如，我们能利用细胞成像和机器学习，快速设计出更高效的基因编辑器。又例如，更快、更经济的DNA测序会帮助我们轻松监测基因编辑结果；然后，基于数据的反馈，我们能在良性循环中设计出更强大的编辑工具。
世界将怎样改变
在不久的将来，我们大概会看到越来越多基于CRISPR的疗法进入临床试验后期阶段。
展望未来，基因编辑技术及其变体有望让猪器官异种移植成为常规而非实验性手段；若针对导致衰老、退化性脑部疾病或心脏病（当今头号杀手）的基因，开展大规模筛选，也有望创制基于CRISPR的预防性疗法。
当然，美好的展望绝不容易实现：我们既需全面了解多基因共同决定遗传疾病的机制，又要通过某种方法把编辑工具递送至目的地。
能力越大，责任越大。CRISPR以惊人速度发展，而监管机构和公众在努力追赶。2018年的基因编辑婴儿事件或许是最臭名昭著的反伦理典型，它也促使国际财团针对人类生殖细胞编辑划定红线。
另一方面，转基因生物（genetically modified organisms，GMOs）也仍是个争议话题。尽管CRISPR比过去的遗传工具精确得多，但决定是否接纳新一代“人为进化”的食物的人，终究是广大消费者。
“就像基因编辑刚兴起时那样，科学好奇心和造福社会的愿望，将继续推动CRISPR技术在未来十年的创新。通过继续探索自然世界，我们将发现超乎想象的新事物，并将其用于现实世界，造福人类。”
资料来源：
CRISPR’s Wild First Decade Only Scratches the Surface of Its Potential
END
