眾所周知，DNA是一種遺傳物質,。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物質，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-蔡斯等偉大的科學家們，就已經證明了DNA是遺傳物質,，是生命繁衍生息的關鍵,。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決定生物性狀的過程——中心法則,。

　　“中心法則”的核心內容是：DNA通過轉錄和翻譯兩個步驟來指導蛋白質的生產,，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，轉錄指依據DNA雙鏈中的一條鏈,，依據堿基互補配對原則,，生產出信使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,。

　　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,。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,，遺傳學手段幫助我們理解了許多人類基因的功能。當我們發(fā)現(xiàn)某個疾病患者體內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技術說起,，因為這一個，最為有趣,，也最為傳奇,。

　　早年間，一些科學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結構：有一段29堿基的序列反復出現(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,，它的功能就是通過“中心法則”生產蛋白質,。要么直接生產，要么輔助生產,，而這種串聯(lián)起來的重復結構看上去兩者都挨不上邊,。

　　幾年后，科學家弗朗西斯科?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DNA結構，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序列會被首先轉錄成RNA分子,，稱為向導RNA,。這個向導RNA會和細胞內的某種名為Cas的蛋白質結合，形成一種核糖核蛋白復合物,，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導完美配對的DNA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,，如何生產一個GPS,，讓剪刀找到正確的目標再剪,，是一個重要的技術難題。

　　而細菌CRISPR系統(tǒng)里的向導RNA就是這個難題的答案,。

　　如果我們能夠在體外合成特定的向導RNA,，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技術便應運誕生了。經過一眾科學家十余年的努力,，我們可以任意地合成向導RNA和Cas蛋白,，由它們倆組成的人工RNP可以通過多種方式被導入細胞，被向導 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，向導RNA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,。然后轉身就走,，深藏功與名。

　　以上三種情況,，在專業(yè)術語里,，叫做“脫靶”。

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