导读

这两年，基因编辑技术非常热门，它不仅是每个分子实验室必备的技术，同时也产生了大量的应用，包括分子育种、品种改良、基因治疗等方面。

今天我们访谈的是湖南师范大学医学院教授、“潇湘学者”特聘教授谷峰老师，谷老师将为我们大家讲解基因编辑技术的应用和未来的发展。

问：您能介绍下基因编辑技术的应用前景吗？

谷峰：目前基因编辑技术在医学上的应用大致包括以下几点：

第一，动物模型，早期只有大鼠、小鼠（小鼠为主）作为动物模型，基因编辑技术加入后我们能够做大部分想得到的动物，比如兔子、犬狗、猪。像猪的话，我们就可以做抗病育种研究，比如把某个基因编辑以后，猪就不会感染某个病毒，这可以在农业、食品、动物方面应用。

世界首例CRSPR/Cpf1基因家兔和猪模型

还有像植物里的分子育种，比如大豆、水稻，我们能想到的植物基本上都可以做基因编辑。所以基因编辑技术对育种来说是非常重要的。

高油酸大豆

在医学当中的应用比较重要的是什么？是治疗，包括药物靶点的筛查。以新冠为例，要知道新冠怎么跟细胞发生作用，我们可以把细胞里的基因敲除掉，看看哪个基因敲掉以后冠状病毒就不感染、感染以后无法复制或者复制以后不能释放，只要影响里面任何一个步骤，理论上病毒的毒性就会下降。

另外一点，我们直接利用工具运输到特定的细胞内完成基因修复工作，这里比较重要的几类疾病包括眼睛中视网膜的疾病，眼睛是免疫豁免的器官，所以注射进CRISPR/Cas9等治疗性工具，相比之下不容易被免疫系统识别。就像我们相机的胶卷一样，把特定细胞的基因修复好，理论上胶卷就更好用，拍出的照片就更清楚，同样地人就能看得见了。

另外还有肝脏的疾病，像高胆固醇血症，这是一个非常大类的病，它的危害是很大的，可能会突然引发死亡，因为心血管疾病危害大、病人群体多。我们如果能够把LDLR特定基因敲除掉、修复好，这样就可以起到治疗高胆固醇血症的作用。当然，针对不同的高胆固醇血症的情况，我们可以做特定的修复。

还有一大类就是血液系统。血液系统是以地中海贫血为代表的疾病，目前国内做得非常好，基本在国际上的应用转化属于第一梯队。

这是目前基因编辑里在医学当中最主要的几种疾病。

还有肿瘤免疫，就是利用CAR-T、基因编辑的手段，把特定的分子运输到T细胞里，然后实现肿瘤的特异性清除。

相比之下，它是非常有前景的。总体上来说，我们的目标是希望最新的技术应用在临床的重大疾病上，最终解决疾病、满足临床的需求。

问：能否介绍下CRISPR/Cas基因编辑技术对单基因疾病治疗

谷峰：单基因目前最前沿的就是地中海贫血（治疗），地中海贫血发病人群大，并且缺乏有效的治疗方法。早期治疗方法除了输血、去铁，还有就是干细胞移植。但干细胞移植涉及到配型，所以这两个方法其实很受限。单基因的罕见病治疗不是直接去修复beta-globin、HBB基因（引起地中海贫血的基因），而是去操纵调控的序列，去模拟一个叫HPFH的疾病。这个疾病症状很轻微，可以去操纵它另外一个基因的启动子区域，实现不表达bata globin基因和β-珠蛋白。

具体来说，就是把另外一个其他阶段的珠蛋白诱导出来，这样它就能起缓解的作用。所以目前来说，它的治疗效果还算不错。

这种治疗方法还有一个好处，就是使用这种方法能够纠正疾病里面的任意突变。这得益于前期的发现——基因是如何调控的。前人的这些工作对于我们今天的治疗工作是非常有用的。

我觉得这种思路对于其他的遗传病的治疗都是非常有借鉴作用的，相当于一种药物能够把所有不同突变的基因都覆盖住。

问：多基因的遗传病基因治疗目前情况是怎样的？

谷峰：多基因的遗传病几个基因都有作用，但是每个基因可能有不同的贡献率。理论上来说，多基因治疗是可以实现的。但是目前主要的一个问题是，很多时候很难去模拟疾病。比如如果有四个基因，我们想在小鼠中去做模拟实验，那么就要把四个基因同时变成突变基因，这个工作量非常大。

另外，每个基因它都有贡献。人和鼠的基因能否完全模拟、类比，这是一个科学问题。所以，在多基因治疗中，目前开展的工作不多，主要原因在于工作开展比较难、（治疗）周期比较长。

作为一个技术来说，我们首先要做的是在比较容易突破的地方率先突破，然后慢慢地去以点带面。理论上多基因治疗其与单基因治疗是非常类似的，但多基因（治疗）可能对技术的研发和要求会更高。

问：您能否介绍下动植物的品种改良吗？

谷峰：动物的育种方面，比如猪，猪可能会感染一种叫PERV的病毒。感染之后，猪会引起一种叫猪内源性逆转录病毒（PERV）的疾病，这个疾病的危害特别大。

有研究人员把特异性受体CD163基因敲除掉，发现敲除掉这个基因后猪可能再也不会感染这种病毒，理论上达到很好的育种的作用，避免引起整个养殖场动物的感染。前些年非洲猪瘟，我们做这种特定的（基因编辑）能够抵抗非洲猪瘟。即使非洲猪瘟病毒传播开来，猪还是能活下来并且不受什么影响，将基因编辑技术应用到动物育种方面可以大大降低养殖成本。

植物也是一样的，比如说耐盐的、耐高温的、耐寒的或者生长性状高的，要让植物产量更高、品质更好，这些都取决于技术的进步。把技术应用到国家需求里去，我们不仅能吃得饱，还能吃得好。

在鱼的育种方面，湖南师范大学的刘筠和刘少军两位院士的工作就做得很好。

刘筠（左）和刘少军（右）院士

问：您能否介绍下动植物的品种改良吗？

谷峰：动物的育种方面，比如猪，猪可能会感染一种叫PERV的病毒。感染之后，猪会引起一种叫猪内源性逆转录病毒（PERV）的疾病，这个疾病的危害特别大。

有研究人员把特异性受体CD163基因敲除掉，发现敲除掉这个基因后猪可能再也不会感染这种病毒，理论上达到很好的育种的作用，避免引起整个养殖场动物的感染。前些年非洲猪瘟，我们做这种特定的（基因编辑）能够抵抗非洲猪瘟。即使非洲猪瘟病毒传播开来，猪还是能活下来并且不受什么影响，将基因编辑技术应用到动物育种方面可以大大降低养殖成本。

植物也是一样的，比如说耐盐的、耐高温的、耐寒的或者生长性状高的，要让植物产量更高、品质更好，这些都取决于技术的进步。把技术应用到国家需求里去，我们不仅能吃得饱，还能吃得好。

在鱼的育种方面，湖南师范大学的刘筠和刘少军两位院士的工作就做得很好。

问：您能介绍下基因编辑作物和转基因作物的区别吗？

谷峰：最早的转基因研究主攻转基因棉花，通过转录BT基因，让虫子无法吃到棉花的叶子，最终结出抗虫棉。抗虫棉的产量很高，而且不需要打农药。在早期的转基因植物中，抗虫棉是最成功的。

同样策略我们也可以把基因转到水稻里去。这样一来，水稻里面会带有一些外源基因编码的产物。现在我们做基因编辑的产品，它与转基因产品会有实质性的差别。

转基因需要把外源的基因转到植物或者动物里面去，并最后会留在基因组里面，这个外源的基因，顾名思义叫转基因。

但是就基因编辑来说，如果使用RNA和蛋白去作用（农作物），我们最后可以测序，通过测序把每一个碱基都搞清楚，最终外源的物质不会残留在基因组里面，它只起到编辑作用，很快就被降解。

像航天育种，我们把水稻跟着神舟飞船到太空里面“走一圈”，回来以后种子就突变了，突变了以后，我们就可以育种，发现育出的种子可能口感会更好，这和基因编辑是非常类似的。

基因编辑只起到编辑作用，没有外源的东西进入动植物，通过高通量测序保证每一个碱基都很清楚，所以这跟转基因是完全不一样的。转基因会残留物质在动植物内部，而基因编辑不会残留。

所以不管是动物、植物还是微生物，抗病育种、极端条件育种都是可以实现的。所以，普通大众可能会对转基因有所顾虑，但是对于基因编辑技术，理论上只要我们做好对应的宣传，做好相关的科普，我觉得大家是能接受的。

问：最后您能介绍下基因编辑技术的未来前景吗？

谷峰：基因编辑技术到目前为止，已经走过第十个年头。早期的工具可能或多或少有一些问题，但目前总体来说，基因编辑工具是越来越精准、越来越好用、效率越来越高。

当然，这并不意味着我们目前的工具已经足够好了，其实仍然有一些问题。看基因编辑工具主要是看做什么事情，比如就人体治疗研究来说，我们希望工具是完全精准的，这就和跳高一样，之前能跳两米，我们现在希望能跳两米一，甚至跳两米二，再往上垒，这是一个不断进步的过程。

所以我觉得基因编辑工具的研发仍然是有需求的。尤其是在临床级别的基因编辑工具需求是非常强烈的。当然，不同的疾病，对工具的要求也有差别。比如肿瘤，肿瘤的治疗手段比较有限，治疗效果也比较一般，所以肿瘤工具门槛会稍微低一点，只要治的效果比较好、病人比较容易接受，对病人来说就是获益更大，风险更小。

目前在肿瘤领域，要求并不算很高。但是对遗传病来说，我们希望越精准越好。目前，我们的技术还是能对某些致死性、危害特别大的疾病，可以做到第一批的（治疗）工作。

文为科普中国·星空计划扶持作品

团队/作者：深究科学

审核：陶宁 中科院生物物理所 副研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 深究科学