簇规则间隔短回文重复序列(CRISPR )是指细菌中的古老遗传密码序列，生物学家在1980年代末第一次困惑，经过多年的研究，人们发现该细菌代码中含有以前攻击细胞的病毒遗传密码片段。 与现有的基因编辑技术相比，CRISPR被认为是使基因编辑更容易、更准确、更高速、更便宜、更全面、改变大部分生物基因组的划时代手段。 随着新型冠状病毒肺炎疫情(COVID-19 )的大流行，研究者们已经开始使用CRISPR对抗大流行的挑战。 长期来说，利用CRISPR的力量可以提高人类的健康和福利，但CRISPR也有一定的伦理问题，必须尽快解决。
一、划时代的手段
CRISPR作为改变几乎所有生物基因组的划时代手段而广为人知，与现有的基因编辑技术相比，CRISPR使基因编辑更容易、更正确、更快、更便宜、更全面(图1 )。 自从CRISPR于2012年首次登上世界舞台以来，世界新闻媒体、参与其发现和广泛应用的许多科学家和工程师，以及许多评论家都告诉世界，人们期待这项技术能带来奇迹，特别是人类健康的改善
图11990年代末，克隆羊多莉的遗体在苏格兰爱丁堡的博物馆作为尖端应用生物学的展示引起了关注和争论。 现在，CRISPR不仅仅是克隆，还提供了强大的基因工程工具，可以制作增强版多莉(或人)，引起了人们对伦理的密切关注(CC BY 2.0 )。
CRISPR一词是指细菌中的古老遗传密码序列，生物学家在20世纪80年代末第一次感到困惑。 这表示“簇化法则间隔短的回文重复序列”。 对分子遗传学不熟悉的人来说很难理解，这句话巧妙地概括了细菌染色体的遗传代码模型，经过多年的研究，发现该细菌代码含有以前攻击细胞的病毒遗传代码片段。
病毒的繁殖通过将其遗传物质RNA (核糖核酸)或DNA (脱氧核糖核酸)注入入侵的细胞而繁殖。 而且，感染细胞的内部机制不是制造细胞本身的组件，而是复制病毒的蛋白质和基因组。 在许多病毒的作用下，这些病毒亚单位自组织成为许多新的病毒粒子，使宿主细胞破裂，发散的病毒感染更多的细胞和宿主。
在远离细菌基因组上的CRISPR区域的地方，存在着为能在细菌内部巡逻而进化的蛋白质基因。 像具有强大下颌的爆炸物探测犬一样，这些分子复合体，例如Cas(CRISPR相关系统)蛋白可以与从CRISPR链复制的病毒片段结合，检查它们遇到的基因链是否与敌对病毒序列一致如果复合体符合病毒序列，则通过将敌对基因组切割成惰性片段来迅速处理。 到了2000年代中期，分子生物学家认识到CRISPR/Cas系统已成为细菌中最基本的适应性免疫系统，他们开始阐明和修补这种精心组织的细菌防御系统。
到2012年，这些CRISPR/Cas系统中的一些，特别是当时研究的Cas9蛋白很少，使研究者头晕，它们可以以其指南RNA为目标，沿着DNA的正确位置返回巢穴。 从此，研究者认识到可以改造这些构建体，以基因组中的正确位置为目标。 通过在预先选择的正确位置切断DNA链，CRISPR/Cas9复合体可以表达或不表达单一基因，还可以修改、正确修饰和调节其功能。
2019年11月，最初获得基因编辑技术“CRISPR”使用许可的人体实验报告之一，对最初接受第一阶段治疗的2名患者显示了显著的积极疗效。 这两个患者都患有折磨人、威胁生命的遗传性血液病，都接受了数十亿的自体造血干细胞移植。 为了产生无病血细胞，这些前体血细胞使用CRISPR进行了改变。
输血依赖型地中海贫血患者曾经需要每月输血一次以上生存，治疗以来9个月内不需要输血。 另一名患者是30多岁的女性，患有严重的镰状细胞贫血，每年用畸形红细胞堵塞血管的平均次数为7次，移植后4个月完全没有发作。
这些结果公布后，美国国立卫生研究院院长弗朗西斯柯林斯接受了采访：“如果能利用这项新技术，给他们新的生活机会，梦想就会实现。”
二、创新引擎
作为创新引擎，CRISPR不会失望。 CRISPR/Cas机制及该技术进行实验和操作类型的探索加深了人们对分子生物学的理解，推动了生命科学和相关行业的广泛研究。
CRISPR技术的开拓者、生物化学家Jennifer Doudna认为，科学家现在是“前所未有的研究生物体”，是由全州大学系统旧金山和伯克利(该研究所所在地)校园组成的学术合作组织加利福尼亚在CRISPR技术之前，Doudna在2019年10月的公开演讲中回忆说：“如果想知道有关生命遗传学的问题，知道遗传学的路径，通常必须使用生物模型进行工作。” “但是如果有CRISPR的话，有可能突然改变生物DNA。 」
这项技术在世界上产生了科学和生物工程的新见解、技术论文和应用、许多新成立的公司、以及成立的科学、生物技术和生物医药公司的新部门。 CRISPR在农业、工业、能源、材料和其他领域创造的新生物及其改良包括藻类被用于制造富含可燃脂肪的新生物燃料和藻类被用于制造富含可燃性脂肪的新生物燃料。 啤酒酿造过程使用更少的水，因为它可以从CRISPR工程酵母(包括薄荷、滚筒基因)获得风味，而不是耗水量大的啤酒花。 产白羊毛的羊和白蘑菇之所以可以保持白色，是因为基因编辑阻止了随着年龄的增加颜色逐渐变成茶色。
“这是一项非常强大的技术。 科学家现在有一个完全控制基因的工具箱。 ”Doudna说：“我们生活在这样变革的技术中，它会改变我们的世界并且在不久的将来改变它本身。” 在人类健康领域，也是人们最期待转换的领域，这项技术的潜力现在已经开始测试。
世界上数百万遗传性疾病的人对该技术的期待特别高，包括地中海贫血、镰状细胞贫血、囊性纤维化、脊髓性肌萎缩症和其他数千种疾病(图2 )，这些都是由一个或多个基因的一个或多个编码错误引起的CRISPR还有很多缺陷，有可能给受相互作用的基因控制的癌症、其他身体疾病或精神疾病患者带来希望，首先CRISPR明确了贡献基因的作用，然后，明确了疾病的严重程度或影响患者的机会。
图2镰状细胞病是先天性血液疾病，特征是红细胞出现异常、僵硬，呈镰状，显示在这次的血液涂膜中。 目前进行的临床试验使用CRISPR操作基因，以期治愈镰状细胞贫血等先天性疾病患者，取得了良好的初步效果。 credit : Graham beards (维基媒体commons，CC BY-SA 3.0 )
但是，这项技术并不是没有已知的风险。 其编辑机制有时可以改变“脱靶”基因，该基因本身可以引起癌症和细胞的功能异常。 另外，如果导入患者体内，可以正确切断遗传编码并粘贴的分子复合体有可能引起危险的免疫系统反应。
三、首次批准的人体试验
知道安全性后，基于CRISPR编辑的治疗方法的早期人类实验在中国进行，去年秋天在The New England Journal of Medicine上进行了报告。 这项研究的重点是人免疫缺陷病毒(HIV )感染者，也是白血病，接受骨髓移植。 为了实现“双重”治疗，研究者计划用CRISPR将已知的免疫HIV基因导入供者的骨髓细胞，移植到患者体内。 但是，这个试验最终仅限于一个患者，白血病的症状持续缓和，但由于HIV感染没有改善，所以只是提供了容易接受的安全尝试。 在19个月的监测期间，这个试验没有明显的不良影响，患者白血病的症状得到了缓解。 其他用CRISPR专门治疗癌症的研究表明，费城宾夕法尼亚大学的三位患者也具有良好的耐受性。
从去年开始尝试将CRISPR应用于人类健康的实验的进一步结果，预计将于2020年发表。 在一项研究中，生物技术公司的Editas Medicine (剑桥，英国)和Allergan (Parsippany-Troy Hills，新泽西州，美国)以治疗Leber先天性黑朦这种遗传性失明为目的在迄今为止的CRISPR人类实验中，这个实验之所以引人注目，是因为生物分子修复机构直接注入患者的眼睛，首先用适量的剂量测试安全性，然后有可能用更高的剂量评价疗效。 迄今为止，其他CRISPR实验都只是对体外采集或捐赠的细胞进行基因编辑，在移植到患者体内之前就可以检查它们的脱靶变化。
但是，由于2019新型冠状病毒(COVID-19 )的大流行，部分CRISPR相关的临床试验和很多其他试验停滞了。 3月末，CRISPR Therapeutics公司(楚格，瑞士)停止了合作伙伴Vertex Pharmaceuticals公司(波士顿，马萨诸塞州，美国)和临床试验中受试者的进一步用药，早期研究的随访研究3月31日，根据这家瑞士生物技术公司向美国证券交易委员会提交的文件，由于新型冠状病毒大流行，床和其他医院的资源不足，公司停业了。 该公司办公室的关闭和3月的股价下跌了20%，给试验什么时候能继续带来了不确定性。
四、向COVID-19过渡
现在至少有一个人体实验处于保留状态，但生物工程师们开始使用CRISPR对抗大流行的新挑战。 值得注意的例子是，一组研究CRISPR能否为重症急性呼吸综合征2型冠状病毒(SARSCoV-2 )提供生物保护(图3 )，另一组利用CRISPR改善COVID-19的诊断测试。
图3与全世界的分子生物学研究一样，CRISPR加快了关于SARS-CoV-2、COVID-19冠状病毒(如这里的医学插图所示)的基础科学调查，进行了新的抗病毒药的开发和迅速的诊断测试。 HE :己糖原酯酶来源： scientific animations (维基媒体commons，CC BY-SA 4.0 )
2018年，美国国防高级研究计划局与生物工程助理教授L. Stanley Qi和儿童科学教授David Lewis领导的斯坦福大学实验室签订了合同，配备了CRISPR的天然抗病毒武器，新兴的人类流感病毒随着冠状病毒的迅速流行，该小组“使用我们的方法对抗COVID-19”，负责该项目的现任科学家Marie La Russa说。
研究者正在开发基于CRISPR的新病毒清除剂，但不依赖于CRISPR炫耀的基因编辑能力。 Qi的目的是给这个分子对策起一个绰号“食豆人”(用于人类细胞的预防性抗病毒CRISPR )，确定并破坏病毒粒子的基因组，避免在接触病毒的人群中复制。 La Russa说，这些实验最终可能实现“CRISPR作为临床有效的抗病毒药的首次应用”。
由于第一个实验中可以研究的SARS-Cov-2实验室菌株不足，Qi、La Russa和同事模拟了SARSCoV-2的感染，制作了病毒基因组区域的RNA拷贝，“感染”了人肺上皮细胞的组织培养物。 为了验证该战略的防护可能性，他们以Cas13d结合从SARS-CoV-2基因组中制备的RNA序列为诱导分子处理了细胞。 据《细胞》杂志4月29日的报道，针对性的反击使病毒成分的复制减少了49%~90%。 其他几个组织也在研究类似的战略。
接着，斯坦福大学的研究小组在生物危害等级为3级的设施中验证了防止活性SARS-CoV-2感染的方法，决定了将CRISPR/Cas13d药剂安全送入动物上下呼吸道的合适方法。 其最终目标是将CRISPR/Cas13d输送到人呼吸道，预防或治疗病毒性呼吸道感染，包括冠状病毒和流感病毒引起的感染。 Lewis是医学博士和病毒免疫学研究者，他说有望在2021年春天进行人体实验，但实现这个目标很可能需要两年时间。
来自其他美国的CRISPR专家小组一直在探索利用对感染性病原体、癌症DNA和其他感兴趣的靶基因具有高度敏感性和特异性的RNA裂解Cas蛋白，制作迅速且潜在的低成本诊断测试。 5月初，美国食品药品管理局授予马萨诸塞州剑桥市Sherlock Biosciences公司紧急使用权，允许在医院实验室进行大容量测试，这是第一次通过基于CRISPR的COVID-19诊断测试这一成果的背后是来自波士顿麻省理工大学、哈佛大学和附属机构的一群学术研究者，他们成立了公司，将这项技术商业化。
将这一工作应用于COVID-19表明他们的CRISPR系统在检测SARS-CoV-2时可以产生荧光信号。 据公司透露，这个测试在大约1 h内可以得出结果，从棉签和唾液中只检测出了100个病毒粒子。 该公司还主张设备在2000次测试中的表现完美，没有出现假阴性或假阳性的结果。 该公司还将该技术应用于怀孕检查等简易设备，致力于COVID-19的迅速即时诊断。
五、伦理问题
长期以来，利用CRISPR的力量提高人类健康和福利的方法尤其作为基因工程的推动者受到关注。 2018年11月，中国的小研究小组被发现秘密使用CRISPR修正人类胚胎。
由于这项工作引起了巨大的浪潮，CRISPR提供了比较简单的改变和控制遗传特征的能力，通过编辑胚胎或成年生殖细胞(卵子等)修饰基因，传递给后代。 因此，很多人认为这项技术对人类血统充满了伦理道德威胁。 用“CRISPR婴儿”编码的物种编辑可能会带来未知的健康风险，这些风险有可能遗传给后代。 但是批评家们警告说，在极端情况下CRISPR可以通过促进优生学来指定孩子们是否有特定的特征。
2019年2月，据中国新华社报道，对非法医疗行为进行刑事审判后，法院对修改胚胎的3名成员处以监禁和罚款。 前深圳南方科技大学副教授、该队队长何建奎受到最严厉的处罚： 3年有期徒刑和300万人民币(约42.5万美元)罚款。 法院还宣布研究者不得参加终身人工生殖辅助技术服务和其他活动。
CRISPR已经增加了科学家、工程师、伦理学家、宗教领袖、政策制定者和其他组织在会议、学术文章和机构报告中关于人类物种编辑的对、错误、风险和利益的讨论和讨论的紧迫性。 但是，到2018年11月为止，这一对是在普遍共识的背景下进行的，有些国家比其他国家更正式地承认了这一共识。 你不应该进行这样的编辑。 如果有，如果世界各地不彻底审查这件事，如果可能的话，就设立关于这个问题的权威国际机构。
根据2018年的事件，世界卫生组织成立了新的委员会重新讨论这个问题，同样美国科学院和医学院与英国皇家学会合作成立了国际委员会。 这些机构将在2020年内发表报告。 美国科学院的一位发言人说4月初，委员会的报告在6月前发表的可能性很小。 与此同时，3月3日，法国、德国、英国三个道德委员会就人类基因组编辑立场发表了联合声明，这种行为在这三个国家和欧洲的大部分其他国家、韩国、澳大利亚、加拿大、墨西哥、巴西受到法律禁止
