CRISPR此前曾在2012年和2013年两度入选《科学》杂志年度十大科学突破榜单，不过每次都与其他基因编辑技术一起打包当选亚军，而今年CRISPR从中脱颖而出，显示出它在一系列惊人成就中的真正威力。有两个显著的例子：一个例子是打造科学家探求已久的“基因驱动”系统，能消灭害虫或虫媒疾病，另一个例子是首次成功修改人类胚胎的DNA，该成果荣登各大新闻头条，引起国际社会普遍关注。上述每一项研究进展都搅乱了科学政策。修改人类胚胎DNA的研究成果（由中国科学家用医院废弃的不能存活的胚胎完成），甚至推动了2015年12月一个研讨人类基因编辑伦理问题的国际峰会的召开。该国际峰会面临一个令人担忧的前景：改变人类的精子、卵子或早期胚胎，以修正致病基因或增进健康。正如峰会讨论中一位遗传学顾问打趣道：“当我们做不到修改人类基因的时候，我们可以很容易地说我们不应该这么做。”

 

　　到底是什么让CRISPR与众不同？其竞争对手――称为锌指核酸酶和TALENs（转录激活因子样效应物核酸酶）的定制蛋白质，同样可以精确改变选中的DNA序列，而且已经有一些公司利用这两种基因组编辑技术在临床试验中用于治疗目的。但是实践证明，CRISPR更容易、更便宜。推动锌指核酸酶基因组编辑技术发展的先锋、美国盐湖城犹他大学的达娜·卡罗尔（Dana Carroll）说，CRISPR带来了“基因打靶的民主化”。美国斯坦福大学的生物伦理学家汉克·格里利（Hank Greely）把CRISPR比作福特T型车：虽然并非第一辆汽车，但是因其生产的简易性、功能的可靠性和价格的低廉性而带来了社会变革，这个比喻被最近一期的《纽约客》杂志引用。“任何想做CRISPR的分子生物学实验室都能做到。”哈佛大学的乔治·丘奇（George Church）说，他的实验室是世界上最先高效地编辑人类和其他真核细胞的实验室之一。

 

　　非盈利组织Addgene已经分发了大约5万个质粒（环状DNA分子），这些质粒包含了CRISPR两个基本组件的遗传密码，一个是用来靶向特定的DNA序列的“向导RNA”，另一个是DNA切割酶，或叫核酸酶，CRISPR用的通常是称为Cas9的核酸酶。“它将像PCR（聚合酶链式反应）一样，成为基因工程工具箱中的一种强大工具。”美国加利福尼亚大学伯克利分校的詹妮弗·杜德纳（Jennifer Doudna）说，她的团队与现在柏林马克斯普朗克传染病生物学研究所工作的伊曼纽尔·查朋特（Emmanuelle Charpentier）领导的团队合作，发表了CRISPR能切除特定靶DNA的第一篇论文。

 

　　他们的研究工作得出一个令人吃惊的观察结果，即细菌能记住病毒。为了寻找一种机制来解释这个现象，研究人员找到了从过去感染中残留下来的病毒基因，夹在奇怪的重复的细菌DNA序列之间，形成所谓的“成簇规则间隔的短回文重复序列”，CRISPR由此得名。病毒的基因碎片起到了感染记忆库的作用：细菌可从中创造出向导RNAs，定向寻找到再次入侵的病毒DNA，然后用核酸酶敲除这些病毒基因。一旦理解了这一基因编辑机制，杜德纳和查朋特等人就竞相使CRISPR技术适用于高等生物的DNA编辑。

 

　　一股应用CRISPR技术的狂流随之而来，其中的一个应用――用CRISPR技术打造的“基因驱动”系统，是表明基因组编辑技术的威力和潜在风险的一个案例。2003年，伦敦帝国理工学院的进化生物学家奥斯汀·伯特（Austin Burt）预见了把人们期望的一个特性的基因添加到能从染色体的一个位点自我复制到另一个位点的“自私的”DNA分子中。携带这一特性的家长的孩子将倾向于得到遗传，从而使这一特性在人群中快速扩散。2015年早些时候，一个美国研究团队就让CRISPR技术适用于这个目的，获得了比奥斯汀·伯特最先预见的更大的成功。

 

　　在一个预示性的被称为“突变链式反应”的方法中，美国研究人员把色素沉积特性驱动到实验室培养的果蝇中，遗传给下一代的有效性是97%。后来，他们与另一个研究团队合作，打造了一个基因驱动系统，利用这种系统在实验室培养的转基因蚊子群体中扩散抗疟原虫的基因。数周后，伯特及其同事对另一种携带疟疾的蚊子进行实验，报告了相同的研究结果，即通过基因驱动，使得导致雌性不育的基因在转基因蚊子群体中扩散，从而迅速消灭了该种群。现在，围绕把这些经过基因驱动的昆虫释放到野生环境中带来的好处和生态学风险，以及基因驱动是否也能阻止亚洲鲤鱼和甘蔗蟾蜍等入侵物种，或是抗击导致莱姆病的病原体等其他动物病原体，大家展开了激烈争论。

 

　　在其他实验室，研究人员利用CRISPR技术创造了数量越来越多的转基因动物和植物：肌肉发达的猎犬、抗多种病毒的猪和抗真菌小麦。还有保鲜更久的西红柿、没有过敏原的落花生和可作为清洁生物燃料的白杨，都在研制之中。CRISPR技术能干净利落地完成基因编辑而不留下任何外来DNA，不像早期用于转基因生物的技术存在外来DNA残留，其如何被使用对转基因生物管理提出了挑战。

 

　　CRISPR技术还有很多很多应用。通过研制Cas9的灭活版本，科学家们消除了CRISPR系统的DNA切割能力，但保留了它找到靶DNA序列的本领。把分子添加到Cas9上，CRISPR系统突然变成了一个多功能的精确的运载工具。例如，已经有若干个研究团队给灭活的Cas9配备各种调节因子，使得它们几乎能激活或抑制任何一个基因或轻微改变基因的活性水平。在2015年的一个实验中，由另一位CRISPR技术的先锋――美国马萨诸塞州剑桥布罗德研究所的张峰领导的研究团队，靶向了大约两万个已知人类基因，在基因组中逐一激活每个基因，以确定哪些基因对一种黑色素瘤药物产生抗药性。

 

　　CRISPR技术的生物医学应用价值正刚刚开始显现。临床研究者已经将其应用到研制基于组织的治疗癌症和其他疾病的疗法。CRISPR技术也可能让奄奄一息的动物器官移植到人的概念复活。很多人害怕潜伏在动物基因组内的逆转录病毒会损害器官移植接受者，但是有一个研究团队利用CRISPR技术一次性敲除杂乱散布在猪基因组中的一个逆转录病毒DNA的62个拷贝。如果社会胆敢跨过很多人认为的伦理禁区去改变人类生殖系，那么对于CRISPR技术用于修复人类胚胎基因缺陷的前景，科学家们在基因编辑国际峰会上展开了很多讨论。

 

　　简而言之，现在只要科学家能想象出一种基因操纵，CRISPR就能让你梦想成真，现在我们这么说也不算多夸张。在人类基因编辑国际峰会上，查朋特曾用“惊心动魄”一词形容CRISPR的神通广大。事实的确如此。不管结果好坏，我们现在都生活在CRISPR的世界里。

　　《科学》杂志网站访问者在年度十大科学突破榜单上投票，得票前五位是：“新视野号”探测冥王星(35%)；CRISPR基因剪刀（20%）；淋巴系统延伸至中枢神经系统（15%）；研制埃博拉疫苗（10%）；心理学研究可重复性/量子纠缠（6%）。

 

　　2015年是公众通过网络参与年度十大科学突破评选的第二年，最终的榜单则是由《科学》杂志“年度重大科学突破”栏目团队敲定的。最终榜单在网民投票结果中排名也靠前，反映出《科学》杂志编辑团队的深思熟虑。CRISPR很早就飙升到领先地位，因为引人注目的会议和杂志文章都把公众注意力聚焦到基因组编辑技术上。当“新视野号”探测器在2015年7月近距离飞掠冥王星时，冥王星成为媒体宠儿，不过在年度突破榜单上还是落在第二名。

 

　　但是，随着“新视野号”探测器的科学家们用他们的微博动员投票、发起Twitter闪电战，这颗矮行星开始挽回颓势。在决战回合中，冥王星最终称心如意地在网民票选中领先于CRISPR。