眾所周知，DNA是一種遺傳物質(zhì)。它由四種較為簡單的脫氧核糖核苷酸分子組成，每個分子上都攜帶著名為堿基的標簽，所以我們就干脆用這四種標簽來指代這四種分子，分別為腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T。

　　這四種核苷酸分子首尾相連形成了超長鏈條，就像一個個金屬圈嵌套形成的長鐵鏈，使得DNA分子呈現(xiàn)出細長的纖維形態(tài)。

　　DNA根據(jù)堿基互補原則，由兩條單鏈螺旋纏繞組成。由于堿基之間的氫鍵具有固定的數(shù)目和DNA兩條鏈之間的距離保持不變，使得堿基配對必須遵循一定的規(guī)律:A一定與T配對，G一定與C配對。這就是堿基互補原則。

　　這些緊密排列的堿基，用極其晦澀難懂的語言記錄著生命的藍圖。在每一次生命的繁衍過程中，兩條DNA長鏈都會解離螺旋構(gòu)型各自為營，遺傳信息就是這樣代代相傳、永不湮滅的。

　　這些由氫、氧、碳、氮、磷等最簡單的元素組成的平淡無奇的化學(xué)物質(zhì)，在億萬年間，始終流淌的地球生命河道里。它們就像世代珍藏的族譜，將先輩們的特征和記憶代代流傳，成就了子子孫孫與生俱來的驕傲和榮光。

　　早在百年前，孟德爾、埃弗里、赫爾希-蔡斯等偉大的科學(xué)家們，就已經(jīng)證明了DNA是遺傳物質(zhì)，是生命繁衍生息的關(guān)鍵。但人類作為一種高級生命，對DNA的探索，并不會止步于此。

　　70年前，弗朗西斯·克里克提出了遺傳物質(zhì)決定生物性狀的過程——中心法則。

　　“中心法則”的核心內(nèi)容是：DNA通過轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟來指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，進而決定了我們長得多高、單眼皮還是雙眼皮、擅長音樂還是運動。

　　其中，轉(zhuǎn)錄指依據(jù)DNA雙鏈中的一條鏈，依據(jù)堿基互補配對原則，生產(chǎn)出信使RNA。而翻譯指將信使RNA中的堿基排列解碼，每三個堿基對應(yīng)一個氨基酸。多個氨基酸脫水縮合形成肽鏈，肽鏈又折疊成為蛋白質(zhì)。

　　于是，形形色色的DNA便決定了形形色色的物種和形形色色的人。作為世界上最復(fù)雜的生命，人類繁衍進化了幾十億年。

　　而這些由10的23次個原子組成、以納米為空間尺度、以微米為空間尺度在三維時空中運動和發(fā)展的物體的全部秘密，都線性地儲藏在區(qū)區(qū)30億個堿基對組成DNA中。

　　可以說，DNA是世界上信息密度最高的物質(zhì)。在不到1微克的重量中，濃縮了一個生命的過去、現(xiàn)在和將來。

　　對于渴望理解生命奧義的的我們而言，DNA就像建筑師的藍圖，提供了解析和探索生命的指南。

　　在過去的幾十年間，遺傳學(xué)手段幫助我們理解了許多人類基因的功能。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)某個疾病患者體內(nèi)存在某個基因的功能缺失，便自然而然地將這個基因與他的疾病聯(lián)系在一起。比如白化病、血友病，甚至更為復(fù)雜的某些癌癥和代謝疾病，都可以用如此簡單的手段加以研究。

　　緊接著，我們馬上也可以想象，如果有一天我們能夠改造基因，就能消滅某些頑疾，甚至是增強某些機能。

　　于是我們真的這么做了。

　　在過去的50年間，多種基因編輯相繼誕生，讓我們真正成為了生命的設(shè)計師，能夠修改生命的藍圖，從而治愈某些疾病。

　　首先，要從CRISPR技術(shù)說起，因為這一個，最為有趣，也最為傳奇。

　　早年間，一些科學(xué)家在研究大腸桿菌的時候，偶然間發(fā)現(xiàn)它的基因組DNA上有一些看起來怪里怪氣的重復(fù)結(jié)構(gòu)：有一段29堿基的序列反復(fù)出現(xiàn)了5次，兩兩之間都被32個堿基形成的看起來雜亂無章的序列隔開了。

　　大家都知道，DNA作為遺傳物質(zhì)，它的功能就是通過“中心法則”生產(chǎn)蛋白質(zhì)。要么直接生產(chǎn)，要么輔助生產(chǎn)，而這種串聯(lián)起來的重復(fù)結(jié)構(gòu)看上去兩者都挨不上邊。

　　幾年后，科學(xué)家弗朗西斯科?莫西卡在另一種細菌——地中海嗜鹽菌里又一次發(fā)現(xiàn)了這種古怪的重復(fù)序列。大腸桿菌和地中海嗜鹽菌，從生活環(huán)境到進化歷史都毫無相似之處可言，這讓他十分疑惑。

　　于是他在海量的微生物中繼續(xù)尋找，竟然在20種不同微生物中都發(fā)現(xiàn)了類似的重復(fù)DNA結(jié)構(gòu)，把它們命名為CRISPR。

　　顯然，CRISPR不可能是偶然現(xiàn)象，它一定是有著非常重要乃至性命攸關(guān)的生物功能。因為自然選擇不允許這么多毫不相干的物種，同時保留一段相同的廢物DNA。

　　經(jīng)過漫長的研究，他終于發(fā)現(xiàn)，這些DNA序列不止存在于細菌中，而是和許多病毒的基因組序列高度一致。是細菌在基因組里收藏了這些病毒不同角度的快照。

　　這些攜帶著某種病毒信息的CRISPR序列具有病毒疫苗的功能，可以讓細菌免于被這種病毒入侵。如果把這種CRISPR轉(zhuǎn)移到另一種細菌中，也同樣能讓新的細菌具有免疫力。

　　和人類的免疫功能類似。細菌會把細胞內(nèi)存在的所有DNA都一一抓來和CRISPR序列仔細比對，一旦發(fā)現(xiàn)兩者完全一致，就意味著病毒在細胞內(nèi)出現(xiàn)了，于是立刻啟動防御機制。

　　CRISPR就是細菌的記賬本，每一次遭到病毒入侵，就會把這個病毒的特征記到本本上，用于秋后算賬。當(dāng)那個不知好歹的東西再一次現(xiàn)身時，便以最快地速度，重拳出擊。

　　具體來說，CRISPR序列會被首先轉(zhuǎn)錄成RNA分子，稱為向?qū)NA。這個向?qū)NA會和細胞內(nèi)的某種名為Cas的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成一種核糖核蛋白復(fù)合物，簡稱為RNP。RNP會像哨兵一樣在細胞里勤勤懇懇地終日巡邏。

　　而這位哨兵尋找的對象，就是任何一段能夠和向?qū)昝琅鋵Φ腄NA分子。一旦兩者相遇，哨兵就會啟動cas蛋白的切割功能，將這段DNA切成一個個小的片段，成功地把敵人給碎尸萬段了。

　　這時，可能有人要問了，細菌里的CRISPR和人類的基因編輯有什么關(guān)系呢？

　　那些可憐的遺傳病患者，他們的DNA與正常DNA通常只有幾個或幾十個堿基不一樣，要想修正他們的基因組，就要精確地定位到不一樣的地方。否則，只放一些小剪刀進去對著DNA長鏈亂剪亂切，這人肯定就活不了了。

　　所以，如何生產(chǎn)一個GPS，讓剪刀找到正確的目標再剪，是一個重要的技術(shù)難題。

　　而細菌CRISPR系統(tǒng)里的向?qū)NA就是這個難題的答案。

　　如果我們能夠在體外合成特定的向?qū)NA，并讓它能夠特異性識別某些DNA片段，問題不久迎刃而解了嗎？

　　于是，CRISPR技術(shù)便應(yīng)運誕生了。經(jīng)過一眾科學(xué)家十余年的努力，我們可以任意地合成向?qū)NA和Cas蛋白，由它們倆組成的人工RNP可以通過多種方式被導(dǎo)入細胞，被向?qū)?RNA帶到正確的地方，再下剪子。

　　但是，可能有人要問了，如果這把帶GPS的剪子如此好用，我們現(xiàn)在又為什么依然要受到那些基因缺陷疾病的困擾？為什么沒有人造生物？為什么沒有實現(xiàn)基因飛升？

　　這時因為，這些可愛的小剪子，有著一些致命的缺陷。

　　首先，由于各方面的限制，向?qū)NA不能太長，通常也就是20來個堿基對的長度。要知道，人類DNA上可是有30億堿基對，區(qū)區(qū)長度為20的堿基片段，可能在DNA長鏈中隨處可見。

　　所以這些可愛的小剪刀在發(fā)揮作用時，也可能也同時剪到其它奇奇怪怪的地方，造成各種亂七八糟的突變，導(dǎo)致細胞死亡。

　　其次，小剪刀在發(fā)揮作用時，需要目標基因的上游存在一個特定的短的堿基序列，我們稱之為PAM序列。如果實際操作中，目標基因上游到處都沒有PAM序列，那么即使小剪刀找到了正確位置，也無法咔嚓一刀剪下去。

　　最后，小剪刀也是有脾氣的。有時，它的GPS沒有找到完全匹配的DNA片段，但小剪刀就是想剪。于是它便會隨便找一段類似的DNA片段，咔嚓一下剪下去。然后轉(zhuǎn)身就走，深藏功與名。

　　以上三種情況，在專業(yè)術(shù)語里，叫做“脫靶”。

　　小剪刀很好用，但奈何小剪刀經(jīng)常不做人。因此，這項技術(shù)的實際效果，目前來說并不理想。