□本报记者衣春翔 前言 在人类眼中，癌症是带走健康和生命的恶魔。根据世界卫生组织公布的数据，近几年平均每8个死亡病例中就有1人死于癌症，更可怕的是，未来20年全球癌症患者可能再增五成。 面对癌症，人类并非完全陷于被动，已经有越来越多的手段可以帮助人类预防癌症，早期发现癌症、治疗癌症甚至与癌共存。 但人类能够像消灭一些致命病毒一样消灭“癌症”吗？这听起来像痴人说梦，但来自龙江的科学家却用最新的科研成果告诉世界——可以“消灭”的也许不仅仅是癌症，还有像艾滋病这样的其他“绝症”。 改变人类未来的钥匙，这一次或许正握在一位30多岁的龙江科学家手中。 人为什么会得癌症？有人会说因为不健康的生活习惯，有人说是因为环境污染，还有人说和心情有关。但在大部分科学家眼中这些都只是诱发癌症的外因，基因才是人类得癌症的根本原因，甚至可以这样说——癌症是“基因病”。 这样的论断让人绝望，因为一个人的基因似乎是“天注定”，难道基因中有癌症的“成分”，就一定在劫难逃？ 当然不是！如果基因能够根据人的需要任意修改，把不想要的致病基因去掉，把不好的遗传基因修改，那么不仅是癌症，所有的疾病理论上都可以攻克。 这听起来就像童话中的魔法，不过任何一个魔法想要施展都需要一个“咒语”。 2016年4月21日，这个“咒语”被解开了，这个迷人“咒语”的名叫“CRISPR-Cpf 1”。而“解读”它的人，是哈尔滨工业大学生命学院的黄志伟教授。 “CRISPR-Cpf 1”到底是什么样的“咒语”？它为什么能够“消灭”绝症？想知道这些，就要先了解一个英国女婴的故事。 最新科研成果 还能为龙江农业做贡献 “CRISPR-Cpf 1”这个咒语如何改变世界？ 人在一段时间内感冒一次后，通常不会再次感冒，这是因为人拥有免疫系统，会对流感病毒产生抗体。细菌和人类一样，也拥有抗击病毒的系统，被称之为“CRISPR”。 “CRISPR”是一串奇妙的DNA序列，能够识别出入侵的病毒，然后派出一种特殊的酶把病毒切成碎片，并用病毒剩下的残渣形成一种初级免疫系统。CRISPR有两个组成部分。第一个部分从本质上说是一个剪切DNA的“手术刀”。另一个部分由RNA组成，它像一个向导，指导着手术刀在成千上万的基因中搜寻，直到手术刀精确定位到需要剪切和修复基因序列。 和其他的基因编辑器相比，“CRISPR-Cpf 1”是一把更加精细的“手术刀”。这把手术刀更细小，能够更加精准的剪切基因。之前的“CRISPR-Cas9”在剪切基因时，是齐刷刷地切掉，而“CRISPR-Cpf 1”则是斜着切，这有助于基因修复。 黄志伟还尝试运用“CRISPR-Cpf 1”对细胞进行研究，例如用艾滋病病毒进行试验。黄志伟解释称，如果这一新发现未来得以转化应用，人类就可以对癌症和艾滋病等疾病的基因进行“删除”、“修改”等“编辑”，而“编辑”过的基因可以遗传到下一代，从而让人类彻底“消灭”这些疾病。 但如果你以为“消灭”绝症就是“CRISPR-Cpf 1”改变世界的全部能力的话，那就太小看它了。 “CRISPR-Cpf 1”这把手术刀更神奇的地方在于，不但可以剪切基因，还可以“修改”基因。 举个简单的例子，削了皮的苹果很快就会变色，不但难看，味道也会变差。利用“CRISPR-Cpf 1”修改苹果的基因后，可以减少苹果中多酚的合成，就能让削过皮的苹果在很长时间内都保持漂亮的颜色和良好的口感。 同样的事情还可以作用在粮食作物，甚至家禽家畜上，这对于黑龙江这样的农业大省将产生深远的影响。 实际上，中国科学院的研究人员已经利用其他基因编辑工具，开发出了抗白粉病小麦，在改良粮食作物方面取得了巨大进展。而“CRISPR-Cpf 1”可以让这种编辑基因的过程更高效稳定，成本也更低。 试想一下，在未来，龙江农田里也许可以种植出产量更高、口感更好、营养更加丰富的大米，养殖户也不再需要担心自己养殖的家禽家畜会感染疾病，而且肉质更好。 到时候，龙江会将为全国老百姓提供更多、更安全、更便宜和更优质的食品。而龙江粮食连增的记录，也会因为“CRISPR-Cpf 1”继续保持下去。 细胞过了一下“基因P图软件”英国女孩血癌被治好 2015年，蕾拉·理查德兹还只有1岁，但她的生命已经开始最后的倒计时。 蕾拉患有急性淋巴细胞白血病，化疗及骨髓移植等治疗手段对她均不奏效，活到1岁半，已经是英国医疗工作者能给出的最乐观估计。除了为爱女安排好善终，蕾拉的父母似乎已经无计可施。 “无论如何也要让女儿活下去！”蕾拉父母下定了决心，哪怕是采用没有人尝试过的方法。 于是，一家医院开始使用德国Cel l ect is生物技术公司开创的基因方法治疗蕾拉——医生通过将抗癌基因插入健康的捐赠者血液细胞中，再输入到蕾拉体内。 这种方法听起来很难理解，但其实和我们常用的“P图软件”的原理很像。 爱自拍的女士在用手机自拍后，通常会用“P图软件”把自己的眼睛变得大一些，再去掉一些雀斑，让皮肤看起来更好。 基因技术的进展，让基因也可以像照片一样被编辑。 为蕾拉治疗的科学家们使用了一种叫做TALENs“基因P图软件”，利用它，科学家首先在捐赠的血液细胞中添加抗白血病基因，这相当于自拍的女士在照片中将自己的眼睛变大。 同时，科学家还关闭两个基因，关闭第一个基因是为了确保捐赠的细胞不被蕾拉的身体排斥，关闭第二个基因是为了确保捐赠细胞不被治疗药物杀死，这就相当于去掉照片中脸上的雀斑。 奇迹发生了，过了一下“基因P图软件”的细胞，帮助蕾拉战胜了血癌，如今检测结果发现蕾拉身上的癌细胞已完全消除，实际上，“基因P图软件”的科学名称是“基因编辑技术”，有了这种技术，修改基因成为了可能。既然能够修改基因，那么把人类基因中癌症的部分去掉，也就不再是什么难事。 但科学家们在实践中发现，TALENs在编辑基因时过于复杂，可能会影响载体在基因中的稳定性。说得简单一点，就是“P图软件”非但没有把照片美化，反而破坏了照片，甚至会导致手机死机。 因此，寻找一种功能更加强大的“基因P图软件”，并找到它的使用方法，成为了全世界生命科学领域科学家的共同追求。甚至有专家认为，这项研究将会成为诺贝尔奖的大热门。 一直立志于改变世界的黄志伟，自然将研究的目光投向了这个可以改变人类命运的领域。而他想用来编辑基因的“神器”，就是“CRISPR-Cpf 1”。 3个半月 龙江科学家找到 基因优化的“钥匙” 实际上，2014年黄志伟就已经有了一项可以改变世界的发现——他找到了艾滋病病毒毒力因子的结构，为研制全新治疗艾滋病药物提供了基础。 然而，黄志伟并不满足，他经常说：“一个人40岁之前，必须多做一些有益于社会的事，必须要多进行一些能够改变世界的研究。” 业余时间，黄志伟最喜欢做的事情就是阅读自己研究领域最前沿的研究成果。2015年9月末的一个深夜，“CRISPR-Cpf 1”这个像密码一样的词汇将他牢牢吸引住了，直觉告诉他，这是能改变世界的“钥匙”。 这个“钥匙”的发现者是在美华人科学家张锋，30多岁的他已经是“基因编辑技术”的领军人物，颇有戏剧性色彩的是，他发现“CRIS? PR-Cpf 1”的时间，正是蕾拉被治愈的2015年。 其实，在此之前，张锋已经找到了一个功能已经相对强大的“基因P图软件”——“CRIS? PR-Cas9”。不知道是不是一种缘分，这个“基因P图软件”可以用“编辑”基因的方式来帮助人们治疗艾滋病，这和黄志伟之前的研究目的一致。 “CRISPR-Cas9”虽然在科学界影响巨大，但也存在一些弱点，比如无法很好地修复基因，因此张锋又找到了“CRISPR-Cpf 1”。 但张锋没能解读它，就像《哈利波特》中的魔法咒语一样，如果只是知道一个咒语的存在，却不知这个咒语如何施法，也不能发挥任何作用。 黄志伟接过了这个接力棒，从2015年10月，他的课题组开始着力研究“CRISPR-Cpf 1”的运行机制。 这是一个年轻的课题组，其中甚至还包括一个本科生，他的名字叫任宽。这可以看出黄志伟选拔人才时有一些“美式风格”。任宽虽然学习成绩不错，但并不是第一，不过他是学生干部，有较多的社会实践经历。黄志伟看中的就是这种综合素质，因此才让这个本科生加入了一个全是博士的研究团队。 “黄志伟教授的工作时间简单来说就是‘5+2’和‘白加黑’。”哈工大生命学院院长李钰说，“当初黄教授选择了这个课题，我就知道这是一个能够改变世界的研究，他一定会拼命去做。” 黄志伟的课题组有多拼命呢？为了研究，他们放弃了几乎所有节假日。2015年12月31日，大部分人都在跨年的欢庆中时，这个团队却在等着研究数据。即便是春节，所有人也只有3天假期。而黄志伟本人大年三十晚上回家过年，大年初一就又出现在了实验室里。 “我们这个研究不但能够改变世界，还能改变我们自己的身材。”任宽笑着说，从研究开始到最终取得成果，团队里每一个人都至少瘦了10斤。 一切的努力都没有白费，只用了短短3个半月，黄志伟课题组就揭示了“CRISPR-Cpf 1”的运行机制，这为人们施展这个“咒语”，彻底战胜癌症和艾滋病等绝症提供了基础。 这一研究成果在4月21日被世界著名学术刊物《自然》（《Nat ur e》）在线发表，而任宽也成为了哈工大第一位在《自然》上发表论文的本科生。 就在这一天，龙江出现了能够改变世界的力量。 链接 什么是基因？ 基因是具有遗传效应的DNA片段。基因支持着生命的基本构造和性能，储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡过程的全部信息。 生物体的生、长、衰、病、老、死等一切生命现象都与基因有关，它也是决定生命健康的内在因素。带有遗传讯息的DNA片段称为基因，其他的DNA序列，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传讯息的表现。组成简单生命最少要265到350个基因。 来源于百度百科 任性的科学家们用 “基因编辑技术”做了啥？ 说了半天的以“CRISPR-Cpf 1”为代表的“基因编辑技术”，大家肯定觉得这是遥不可及的事，想要得以应用，说不定要百八十年后。 但记者十分认真地告诉你，“基因编辑技术”除了治好了英国女婴的白血病外，还做了好多的事。 女儿鸡蛋过敏教授改鸡取卵 澳大利亚联邦科学与工业研究组织分子生物学家Timot hy Dor an教授11岁的女儿对鸡蛋过敏，世界范围内大约2%的儿童对鸡蛋过敏，这些患者无法接种用鸡蛋培养的疫苗。作为生物学教授的Dor an设想，使用强大的基因编辑工具应该可以解决这个问题。 大多数鸡蛋过敏原是蛋白中的4种蛋白质，只要将这些蛋白质结构进行修改，完全有可能让鸡蛋过敏患者吃鸡蛋，接种用鸡胚制造的疫苗。因此对鸡的这四种蛋白基因进行修改，就可以让这些鸡产无过敏原的鸡蛋。 2016年，这种鸡已经出现在实验室，如果通过相关法律，Timothy Dor an教授的女儿就可以吃鸡蛋了。 改鸡只是开始 科学家想复活灭绝生物 实际上，鸡只是“基因编辑动物园”中的一个后辈。过去2年内，基因修改的猴、蚊子、宠物猪等动物纷纷成为科学新闻头 条。 而芝加哥大学遗传学家则有一个更加疯狂的想法，他想通过“基因编辑”，让大象变成已经灭绝的猛犸象！ 据了解，科学家们已经对大象胚胎内14个类似基因进行了编辑。实验室正在计划制作人工子宫，进行全程人工培育。 英日已开始“编辑”人类胚胎 “超人”未来会出现吗？ 就在近日，英国生育监管部门宣布，批准科学家通过编辑来修改人类胚胎基因，创造了人类历史。英国也成为史上首个对基因编辑持全面开放态度的国家。日本在英国之后，也批准了同样的科研项目。 但是目前这项政策还仅适用于研究，实际在胚胎中做植入或者修改行为都将被视作违法。尽管处于研究阶段，但该试验仍然激起了伦理方面的争议。 尽管在胚胎上运用基因编辑技术会触发道德伦理方面的问题，但在宣布通过政策前，英日政府有关方面肯定已对此作出全面评估。因此，有理由相信在推动科学进步的同时，该政策也能符合社会利益。 或许，像美国队长那样的超人，真的会出现在这个世界上。 （本报记者衣春翔整理） 黄志伟团队在进行科研攻关。 兰锐摄 黄志伟（中）课题小组与CRISPR-Cpf 1。 图片由哈尔滨工业大学提供