★【地球人21世紀初的基因工程】：為何 CRISPR 是「基因編輯」的關鍵技術？——《破解基因碼的人》商周出版 ，2021/12/25，作者 / 華特．艾薩克森（Walter Isaacson），譯者 / 麥慧芬：

⏩《破解基因碼的人》一書是《賈伯斯傳》、《達文西傳》作者——華特．艾薩克森的最新力作，以 CRISPR 技術發明者珍妮佛．道納為主角貫穿全書，書中章節巧妙的將遺傳、基因體計畫的發展嵌入主角珍妮佛．道納的求學經歷與職涯歷程，不只是一本科學家的傳記，更像是 CRISPR 技術發展的科學史。

⏩⏩基因療法

⏩以工程手法處理人類基因之路，源於 1972 年史丹佛大學教授保羅．伯格。他發現了一種方法，可以取出猴子身上所發現的一種病毒的一點 DNA，與另一種完全不同病毒的 DNA 剪接在一起。哇啦！他就這樣製造出了他命名為「重組 DNA」的東西。接著赫伯．博耶與史丹利．柯漢找到了可以讓這些人造基因更有效的方式，複製出上百上千萬的複製品。就這樣，基因工程的科學以及生物科技的商業開始啟動。

⏩科學家又花了 15 年，才開始把工程手法處理過的基因送到人體細胞內，目標與製造藥物的目的相似。由於沒有試圖變更患者的 DNA，所以不是基因編輯。這種基因療法將一些基因工程 DNA 送入患者細胞內，修正致病的基因。

⏩基因療法的初次實驗發生在 1990 年，對象是一名 4 歲的小女孩，她因為基因突變而導致免疫系統失效，一直活在感染威脅中。醫生找到一種方法，把缺失基因的有效副本移入小女孩血液系統中的 T 細胞內。作法是從她體內取出 T 細胞，放入缺失的基因，再將 T 細胞重新移回她體內。這個作法為她的免疫系統帶來了戲劇化的改善，也讓她能過健康的生活。

⏩基因療法領域一開始的成功並不顯著，而且很快就出現挫敗。1999 年一名年輕人因為輸入治療基因的病毒載體引起劇烈免疫反應而死亡，造成費城一項臨床實驗停擺。2000 年代初，一項為了免疫不全疾病所執行的基因治療過程，意外活化致癌基因，讓 5 名患者罹患了白血病。類似這樣的悲劇，讓大多數的基因療法臨床實驗至少凍結了 10 年，然而基因療法的逐漸進步，還是為更具野心的基因編輯領域打下了底子。

⏩⏩基因編輯

⏩除了透過基因療法治療基因問題，研究人員開始設法從源頭解決問題，目標是針對患者體內相關細胞的 DNA 瑕疵序列進行編輯。稱為基因編輯的努力就此誕生。

⏩哈佛教授傑克．索斯達克，同時也是道納的論文指導教授，在 1980 年代發現了編輯基因其中一個關鍵：必須讓 DNA 雙螺旋的兩股都斷裂，即雙股斷裂。當 DNA 的雙股斷裂時，任何一股都無法再成為修復另一股鍵的模版。基因有兩種自我修復的方式。

⏩第一種方式被稱為「非同源性末端接合」（英文名稱 nonhomologous end-joining 中的「Homologous」源於希臘字，意思是「匹配」。）在這樣的例子中，只要簡單地把兩端接起來，不需要找一條相配的序列，就完成 DNA 修復。這種修復方式相當馬虎，可能造成遺傳物質不必要的插入與刪除。

⏩另一種較為精準的過程被稱為「同源基因引導修復」（homology-directed repair），是被切斷的 DNA 在附近找到一個合適的取代模版時的狀況。當雙股斷裂出現時，細胞通常都會複製並插入可以取得的同源性序列。

⏩基因編輯的發明需要兩個步驟。第一，研究人員必須找到可以在 DNA 內裁切出雙股斷裂的正確酵素。第二，他們必須找到一個嚮導，帶領酵素抵達他們想要在細胞 DNA 內進行裁切的精準目的地。

⏩有能力裁切 DNA 或 RNA 的酵素稱做核酸酶。為了建立基因編輯系統，研究人員需要一個可以遵守指令，裁切選定的任何序列目標的核酸酶。到了 2000 年，他們找到了一種可以做到這一點的工具。

⏩在某些土壤與池塘細菌體內發現的 FokI 酵素有兩個區域，一個區域可以充當裁切 DNA 的剪刀，另一個區域則是可以成為剪刀的嚮導，告訴剪刀該往哪裡去。這兩個區域可以分離，其中第一項區域也可以透過重新設定，去任何研究人員想要它去的地方。

⏩研究人員能夠設計出擔任嚮導的蛋白質，引導裁切區域到目標 DNA 序列之處。鋅指核酸酶（ZFNs）是一種系統，將裁切區域與一種蛋白質融合在一起，而這種蛋白質有一根根因為鋅離子存在而凸起的小小指頭，可以抓住特定的 DNA 序列。另一種類似但甚至更靠得住的方法被稱為 TALENs（類轉錄活化因子核酸酶），是指將裁切區域與可以引導這個區域到較長 DNA 序列處的一種蛋白質融合的做法。

⏩就在 TALENs 方式日趨完善時，CRISPR 也隨之而來。兩者有點相似，都有裁切的酵素，亦即 Cas9，也都有一個帶領酵素去裁切 DNA 股鍵目標位置的引導者。但在 CRISPR 系統中，引導者不是一個蛋白質，而是一小段 RNA。這個變化有個很大的優點。不論是 ZFNs 還是 TALENs，每次想要裁切一個不同的基因序列時，都必須建造一個新的蛋白質引導者，而這個過程既困難又費時。但利用 CRISPR 時，你只需要擺弄 RNA 引導的基因序列就好了。一個好學生在實驗室裡就可以快速完成這項工作。

⏩有一個可大可小的問題，這問題是大還是小，取決於你在後來的專利戰爭中所抱持的觀點與立場。CRISPR 系統在細菌與古菌等沒有細胞核的單細胞生物作用。於是問題來了：這個系統在有核細胞，特別是如植物、動物、你和我這類多細胞生物，是否也有效？

⏩因此，道納—夏彭蒂耶 2012 年 6 月的論文，在世界各地的許多實驗室掀起一場瘋狂的衝刺，競相試著證明 CRISPR-Cas9 可以作用在人類細胞上，包括道納自己的實驗室。大概 6 個月內就有 5 個地方提出了勝利的證明。這種在相當短的時間內就成功提出結果的情況，如果像道納與她同僚後來所聲稱的內容，其實就只是簡單又清楚地證明，CRISPR-Cas9 可以在人體細胞內運作，並不是一個獨立的發明。但是這種情況也可以成為道納的對手所堅持的說法，這是一場激烈競爭後的一個重大發明。

⏩這個問題關係著後來的專利權與各種獎項。

https://pansci.asia/archives/338227