超速行驶的基因编辑,终于有了“刹车”装置

  • 日期:08-01
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基因编辑技术,我相信每个人都熟悉它。

去年肆虐的何建奎“重建双胞胎女婴”事件,谴责他的声音。然而,没有什么能阻止人类对“上帝之手”的渴望。事实上,高光后的基因编辑技术仍然是一种激进的方式。

不久前,美国媒体披露了程序员BryanBishop的创业项目。他计划成立一家专门从事婴儿设计的公司,打造一个“完美的婴儿”,并已拥有第一批顾客。

据说这些婴儿“可以在没有健康的情况下长出肌肉”,并且在出生时具有“长寿”的buff。然而,这并不意味着他们肯定会成为胚胎起跑线上的“生命的赢家”,因为遗传编辑技术仍然存在诸如免疫反应和“马赛克效应”等问题,也就是说,当这些孩子成长时起来,无论如何,没有人知道答案。

与超级人工智能相比,基因编辑可以说是“开弓而不转回箭头”。毕竟,机器的“提取能力”仍然掌握在人类手中。那些经过基因改造的动物或人类不能总是说“拔出”和“拔出”。

就在上周,《细胞》杂志发表了一篇文章,其中来自哈佛医学院的研究人员宣布发现了两种新分子,这些分子识别并结合DNA并在几分钟内阻止基因编辑的传播。

而不是担心它,最好谈谈哪些技术可以真正地对基因编辑施加“制动”?

有争议的基因编辑技术如何踩到“油门”?

在互联网时代,每个人的记忆往往与金鱼相当。因此,在我们了解基因编辑的逆转方法之前,让我们快速轻松地帮助您回忆起被称为“遗传剪刀”的CRISPR技术已经踩到了“油门”的爆发。 “?”

CRISPR的全名是ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats,这是一系列细菌可以用来“记住”每种病毒的重复DNA序列。当同一病毒再次发作时,它可以给机体提供一些保护或免疫力。力。

因此,从理论上讲,使用CRISPR切割和编辑相关DNA可以起到抵抗病毒和质粒入侵的作用。

然而,单个基因的编辑行为将导致其他地方的事故,组织的异常生长,癌症等,并且它仍然是个谜。特别是当使用CRSPR进行人体治疗时,很难确切地知道可能的效果范围。一些细胞可能会被修复,而其他细胞可能没有。这种“马赛克”效应充满了未知数。例如,免疫系统可以在达到其目标之前处置Cas酶(导致Cascade干扰病毒增殖的解旋酶),这可能导致诸如炎症的不良反应。 1999年,一名患者死于严重的免疫反应。

(基因编辑技术的基本原理)

这样的技术应该谨慎对待,为什么突然踩到“油门”,从实验室到医院,社区甚至一些狂热分子?

有几个主要原因:

首先是基因编辑在治疗领域和生物实验中的成功应用,因此其潜力很快受到公众的追捧。 NHS Trust伦敦大奥蒙德街儿童医院成功地使用基因编辑技术TALEN成功治愈了一岁女孩Layla的白血病。不久前,科学家将人脑中的MCPH1基因植入11只恒河猴的大脑中,证明转基因猴具有更好的短期记忆和反应能力。阻止遗传疾病传播的能力是一个现实,使完全禁止遗传编辑完全不切实际。

第二是技术的可用性。凭借如此强大的技术,应用程序门槛越来越低。以最受欢迎的Crispr-Cas9为例,可以在切割时嵌入新的DNA序列,实现“增强”的目标,现已进入市场应用的最后阶段。设备的价格越来越便宜,越来越多的人掌握了这种技术专长。医院不仅能够做到这一点,而且还可以使用民用和技术房屋。

生物黑客创业公司Odin在其网站上以159美元的价格出售了DIYBacterialCRISPR工具包,将增强的基因带回家. 2017年10月,奥丁首席执行官Josiah Zayner参加了合成生物学会议。注入了CRISPR转化肌肉生长的基因。

第三是有意放纵社会整体水平。

其中最具代表性的是过度追求个人增强人体。

随着技术生态学的进步,胚胎遗传编辑一直难以获得政府资助和支持,全部依靠私人赞助。

例如,2017年8月,由俄勒冈健康与科学大学的生殖生物学家Shoukhrat Mitalipov领导的研究小组获得了私人赞助,使用CRISPR-Cas9鉴定导致心肌增厚的胚胎突变。经过技术修正后,突变胚胎在实验室中将突变率恢复到72%(高于正常的50%遗传率)。

一些沉迷于“遗传魔术剪刀”的科学家总是疯狂地测试技术红线的边缘,并过度提倡基因编辑的价值。一些科学家认为,CRISPR可以复活已灭绝的物种。来自哈佛大学(Harvard University)的遗传学家乔治丘奇(George Church)宣布,它将繁殖大象猛犸杂交胚胎并重新种植毛茸茸的猛犸象来控制全球变暖。这个愿望肯定是美丽的,但谁能保证不会创造真正的“侏罗纪公园”?

另一方面,遗传编辑也成为各国技术竞争的主要目标。例如,美国国防部高级研究计划局(DARPA)已经在为新基因编辑准备新一代生物武器,并正在开发解毒剂。欧洲也希望保持其在CRISPR疾病应用方面的优势。 CRISPR临床试验。中国也在引领这项技术,尤其是使用CRISPR技术编辑胚胎。第一个人类基因编辑(基于CRISPR)临床试验由一组中国科学家完成。

在如此大的背景下,根本不可能完全禁止基因编辑。

为基因编辑安装“刹车”的最佳方法是什么?

一旦遗传编辑开始,它就不会被打断。它只能等待整个转换过程自然结束。它将为个人及其后代带来永久性的遗传变化,就像没有刹车的高速汽车一样。

因此,对于“故意制造或改造人类胚胎以改变遗传学的临床试验”,社会和学术界的谴责从未停止过。既然没有刹车,我们可以尽量不刹车吗?在我们上路之前,我们可以先做笔记吗?

今年3月,顶级学术期刊《自然》发表了一篇由来自7个国家的18位科学家和生物伦理学家共同签署的文章,呼吁全球“暂停”人类生殖细胞基因组编辑的临床应用。世界卫生组织还计划建立一个全球登记系统,记录与人类基因组编辑有关的所有实验。

结果,每个人也看到了然后是鸡蛋。

因此,一些科学家一直试图利用技术对基因编辑进行“制动”。

Gene Therapy CRISPR-Cas9的共同发明者Jennifer Dudner就是其中之一。她在书中写道《ACrackinCreation》(创造的裂缝):“在灾难发生之前,关心这种情况的科学家能够发生吗?”

(Jennifer Doudna,CRSIPR-Cas9的发现者之一)

目前,这项工作取得了丰硕成果,限制基因编辑主要有三种方法:

一个是让编辑过的基因“自毁”。

麻省理工学院的研究人员开发出一种“自杀片段”,可以让细菌自我毁灭。在用这种基因片段植入细菌后,它们必须依赖于在实验室中培养细菌的环境。一旦离开实验室,就会诱发自杀基因片段,杀死细菌中的特定基因并让它们快速死亡。

研究人员为大肠杆菌植入了一个名为DNAi的系统。该系统由两部分组成,一部分是由CRISPR技术编辑的片段,用于精确定位细菌的核心基因,另一部分是由阿拉伯糖分子诱导并能够切除核心基因的Cas9酶。实验结果表明,在大肠杆菌暴露于阿拉伯糖分子后15分钟内99%的细菌被杀死。

在果蝇,蚊子等的一些基因工程中,它可以有效地防止转化为群体攻击的生物武器,并让离开实验室的细菌迅速死亡。同时,它还可以保护一些机密研究结果免于泄露。

第二种方法更温和,即通过抗CRISPRs停止基因编辑过程。

该分子最初是由多伦多大学的一名学生发现的。他发现一些特异性噬菌体对CRISPR具有抗性,这相当于将Cas9的手和脚绑在一起,因此无法杀死靶DNA并因此终止。基因编辑过程。

自2013年以来,已发现超过40种抗CRISPR分子。不久前《CELL》发表了该领域的最新研究成果,哈佛医学院研究员AmitChoudhary刚刚发现了两种能够在几分钟内识别并结合DNA并停止基因编辑的新分子。

这两种分子比先前发现的抗CRISPR分子小,因此它们可以在触发免疫反应之前更快地起作用,并且更好地实现“制动”效应。

另一方面,这些ACR分子还具有精确控制的能力,以使基因编辑更精确并且具有更少的副作用。 Broad研究所的生物物理学家Dane Hazelbaker将抗CRISPR分子描述为“在手术剪切割重要器官之前,可以抬起握住剪刀的手。”

另一种方法是预防性的,它使用智能技术和超级计算机来模拟基因编辑,并在实验开始之前预测和规避一些潜在的问题。

今年5月,北德克萨斯大学(UNT)研究团队使用德克萨斯高级计算中心(TACC)Maverick超级计算机对Cas9催化的DNA裂解进行了首次全原子分子动力学模拟。

除了观察Cas9复合物如何变得活跃之外,模拟行为还准确地揭示了它切割DNA的方式以及它的工作原理。

这项工作可以帮助基因编辑以更可控的方式切割DNA,以及解决Cas9产生钝端或交错末端的问题。

与研究遗传编辑的团队(主要是CRISPR)相比,研究如何停止和逆转基因编辑过程的研究力量要小得多,整个研究处于相对早期的阶段。

但至少当整个社会试图驾驶危险汽车时,为技术安装安全带和制动器,试图建立一个能够与技术迭代速度相匹配的约束系统,可能更值得关注和投入。

在科幻电影中,转基因突变体逃离实验室,总是会导致对技术的负面猜测和担忧。这可能是技术的意义:它会诱惑人们对不朽的渴望,同时威胁要摧毁世界。

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基因编辑技术,我相信每个人都熟悉它。

去年肆虐的何建奎“重建双胞胎女婴”事件,谴责他的声音。然而,没有什么能阻止人类对“上帝之手”的渴望。事实上,高光后的基因编辑技术仍然是一种激进的方式。

不久前,美国媒体披露了程序员BryanBishop的创业项目。他计划成立一家专门从事婴儿设计的公司,打造一个“完美的婴儿”,并已拥有第一批顾客。

据说这些婴儿“可以在没有健康的情况下长出肌肉”,并且在出生时具有“长寿”的buff。然而,这并不意味着他们肯定会成为胚胎起跑线上的“生命的赢家”,因为遗传编辑技术仍然存在诸如免疫反应和“马赛克效应”等问题,也就是说,当这些孩子成长时起来,无论如何,没有人知道答案。

与超级人工智能相比,基因编辑可以说是“开弓而不转回箭头”。毕竟,机器的“提取能力”仍然掌握在人类手中。那些经过基因改造的动物或人类不能总是说“拔出”和“拔出”。

就在上周,《细胞》杂志发表了一篇文章,其中来自哈佛医学院的研究人员宣布发现了两种新分子,这些分子识别并结合DNA并在几分钟内阻止基因编辑的传播。

而不是担心它,最好谈谈哪些技术可以真正地对基因编辑施加“制动”?

有争议的基因编辑技术如何踩到“油门”?

在互联网时代,每个人的记忆往往与金鱼相当。因此,在我们了解基因编辑的逆转方法之前,让我们快速轻松地帮助您回忆起被称为“遗传剪刀”的CRISPR技术已经踩到了“油门”的爆发。 “?”

CRISPR的全名是ClusteredRegularlyInterspacedShortPalindromicRepeats,这是一系列细菌可以用来“记住”每种病毒的重复DNA序列。当同一病毒再次发作时,它可以给机体提供一些保护或免疫力。力。

因此,从理论上讲,使用CRISPR切割和编辑相关DNA可以起到抵抗病毒和质粒入侵的作用。

然而,单个基因的编辑行为将导致其他地方的事故,组织的异常生长,癌症等,并且它仍然是个谜。特别是当使用CRSPR进行人体治疗时,很难确切地知道可能的效果范围。一些细胞可能会被修复,而其他细胞可能没有。这种“马赛克”效应充满了未知数。例如,免疫系统可以在达到其目标之前处置Cas酶(导致Cascade干扰病毒增殖的解旋酶),这可能导致诸如炎症的不良反应。 1999年,一名患者死于严重的免疫反应。

(基因编辑技术的基本原理)

这样的技术应该谨慎对待,为什么突然踩到“油门”,从实验室到医院,社区甚至一些狂热分子?

有几个主要原因:

首先是基因编辑在治疗领域和生物实验中的成功应用,因此其潜力很快受到公众的追捧。 NHS Trust伦敦大奥蒙德街儿童医院成功地使用基因编辑技术TALEN成功治愈了一岁女孩Layla的白血病。不久前,科学家将人脑中的MCPH1基因植入11只恒河猴的大脑中,证明转基因猴具有更好的短期记忆和反应能力。阻止遗传疾病传播的能力是一个现实,使完全禁止遗传编辑完全不切实际。

第二是技术的可用性。凭借如此强大的技术,应用程序门槛越来越低。以最受欢迎的Crispr-Cas9为例,可以在切割时嵌入新的DNA序列,实现“增强”的目标,现已进入市场应用的最后阶段。设备的价格越来越便宜,越来越多的人掌握了这种技术专长。医院不仅能够做到这一点,而且还可以使用民用和技术房屋。

生物黑客创业公司Odin在其网站上以159美元的价格出售了DIYBacterialCRISPR工具包,将增强的基因带回家. 2017年10月,奥丁首席执行官Josiah Zayner参加了合成生物学会议。注入了CRISPR转化肌肉生长的基因。

第三是有意放纵社会整体水平。

其中最具代表性的是过度追求个人增强人体。

随着技术生态学的进步,胚胎遗传编辑一直难以获得政府资助和支持,全部依靠私人赞助。

例如,2017年8月,由俄勒冈健康与科学大学的生殖生物学家Shoukhrat Mitalipov领导的研究小组获得了私人赞助,使用CRISPR-Cas9鉴定导致心肌增厚的胚胎突变。经过技术修正后,突变胚胎在实验室中将突变率恢复到72%(高于正常的50%遗传率)。

一些沉迷于“遗传魔术剪刀”的科学家总是疯狂地测试技术红线的边缘,并过度提倡基因编辑的价值。一些科学家认为,CRISPR可以复活已灭绝的物种。来自哈佛大学(Harvard University)的遗传学家乔治丘奇(George Church)宣布,它将繁殖大象猛犸杂交胚胎并重新种植毛茸茸的猛犸象来控制全球变暖。这个愿望肯定是美丽的,但谁能保证不会创造真正的“侏罗纪公园”?

另一方面,遗传编辑也成为各国技术竞争的主要目标。例如,美国国防部高级研究计划局(DARPA)已经在为新基因编辑准备新一代生物武器,并正在开发解毒剂。欧洲也希望保持其在CRISPR疾病应用方面的优势。 CRISPR临床试验。中国也在引领这项技术,尤其是使用CRISPR技术编辑胚胎。第一个人类基因编辑(基于CRISPR)临床试验由一组中国科学家完成。

在如此大的背景下,根本不可能完全禁止基因编辑。

为基因编辑安装“刹车”的最佳方法是什么?

一旦遗传编辑开始,它就不会被打断。它只能等待整个转换过程自然结束。它将为个人及其后代带来永久性的遗传变化,就像没有刹车的高速汽车一样。

因此,对于“故意制造或改造人类胚胎以改变遗传学的临床试验”,社会和学术界的谴责从未停止过。既然没有刹车,我们可以尽量不刹车吗?在我们上路之前,我们可以先做笔记吗?

今年3月,顶级学术期刊《自然》发表了一篇由来自7个国家的18位科学家和生物伦理学家共同签署的文章,呼吁全球“暂停”人类生殖细胞基因组编辑的临床应用。世界卫生组织还计划建立一个全球登记系统,记录与人类基因组编辑有关的所有实验。

结果,每个人也看到了然后是鸡蛋。

因此,一些科学家一直试图利用技术对基因编辑进行“制动”。

Gene Therapy CRISPR-Cas9的共同发明者Jennifer Dudner就是其中之一。她在书中写道《ACrackinCreation》(创造的裂缝):“在灾难发生之前,关心这种情况的科学家能够发生吗?”

(Jennifer Doudna,CRSIPR-Cas9的发现者之一)

目前,这项工作取得了丰硕成果,限制基因编辑主要有三种方法:

一个是让编辑过的基因“自毁”。

麻省理工学院的研究人员开发出一种“自杀片段”,可以让细菌自我毁灭。在用这种基因片段植入细菌后,它们必须依赖于在实验室中培养细菌的环境。一旦离开实验室,就会诱发自杀基因片段,杀死细菌中的特定基因并让它们快速死亡。

研究人员为大肠杆菌植入了一个名为DNAi的系统。该系统由两部分组成,一部分是由CRISPR技术编辑的片段,用于精确定位细菌的核心基因,另一部分是由阿拉伯糖分子诱导并能够切除核心基因的Cas9酶。实验结果表明,在大肠杆菌暴露于阿拉伯糖分子后15分钟内99%的细菌被杀死。

在果蝇,蚊子等的一些基因工程中,它可以有效地防止转化为群体攻击的生物武器,并让离开实验室的细菌迅速死亡。同时,它还可以保护一些机密研究结果免于泄露。

第二种方法更温和,即通过抗CRISPRs停止基因编辑过程。

该分子最初是由多伦多大学的一名学生发现的。他发现一些特异性噬菌体对CRISPR具有抗性,这相当于将Cas9的手和脚绑在一起,因此无法杀死靶DNA并因此终止。基因编辑过程。

自2013年以来,已发现超过40种抗CRISPR分子。不久前《CELL》发表了该领域的最新研究成果,哈佛医学院研究员AmitChoudhary刚刚发现了两种能够在几分钟内识别并结合DNA并停止基因编辑的新分子。

这两种分子比先前发现的抗CRISPR分子小,因此它们可以在触发免疫反应之前更快地起作用,并且更好地实现“制动”效应。

另一方面,这些ACR分子还具有精确控制的能力,以使基因编辑更精确并且具有更少的副作用。 Broad研究所的生物物理学家Dane Hazelbaker将抗CRISPR分子描述为“在手术剪切割重要器官之前,可以抬起握住剪刀的手。”

另一种方法是预防性的,它使用智能技术和超级计算机来模拟基因编辑,并在实验开始之前预测和规避一些潜在的问题。

今年5月,北德克萨斯大学(UNT)研究团队使用德克萨斯高级计算中心(TACC)Maverick超级计算机对Cas9催化的DNA裂解进行了首次全原子分子动力学模拟。

除了观察Cas9复合物如何变得活跃之外,模拟行为还准确地揭示了它切割DNA的方式以及它的工作原理。

这项工作可以帮助基因编辑以更可控的方式切割DNA,以及解决Cas9产生钝端或交错末端的问题。

与研究遗传编辑的团队(主要是CRISPR)相比,研究如何停止和逆转基因编辑过程的研究力量要小得多,整个研究处于相对早期的阶段。

但至少当整个社会试图驾驶危险汽车时,为技术安装安全带和制动器,试图建立一个能够与技术迭代速度相匹配的约束系统,可能更值得关注和投入。

在科幻电影中,转基因突变体逃离实验室,总是会导致对技术的负面猜测和担忧。这可能是技术的意义:它会诱惑人们对不朽的渴望,同时威胁要摧毁世界。

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