著名生物化学家 Virginijus Šikšnys 表示，CRISPR“将为以前无法治愈的遗传疾病提供治疗方法”

Live Science 采访了生物化学家 Virginijus Šikšnys，他的工作帮助建立了 CRISPR 作为基因编辑系统。

2012 年夏天，科学家们向全世界介绍了 CRISPR 作为一种基因编辑工具，当时两个独立小组发表的具有里程碑意义的论文展示了如何利用该系统来切割 DNA。现在，不到 12 年之后，我们就看到 CRISPR 应用于突破性的医学治疗。

Virginijus Šikšnys 是其中一篇范式转变论文的资深作者。

维尔纽斯大学生物技术研究所首席科学家兼蛋白质-DNA 相互作用系主任 Šikšnys 表示：“看到实验室中的基本发现实际上以多快的速度转化为临床，真的很值得。”立陶宛。

在这些开创性论文发表之前，其他研究人员已经开始揭示 CRISPR 在微生物内部的工作原理。尽管 CRISPR 最为人所知的是一种基因编辑工具，但它最初是在细菌中发现的，科学家们意识到它可以作为一种免疫系统——抵御病毒。在这个免疫系统中，细菌有一个充满病毒遗传物质的记忆库。细菌在受到病毒攻击后会储存这些物质，以防止未来的入侵。

这个记忆库与称为 Cas 蛋白的微小分子剪刀（可剪断 DNA）和引导剪刀到达目标的分子配对。在细菌中，该目标是病毒入侵者。但 Šikšnys 和他的同事证明，科学家可以根据自己的目的选择这些剪刀，针对他们想要编辑的任何 DNA。他们特别用 Cas9 蛋白证明了这一点。

与 Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier（2012 年发表的另一篇突破性 CRISPR 论文的作者）一起，Šikšnys 荣获 2018 年 Kavli 奖纳米科学发明了 CRISPR-Cas9，“一种用于编辑 DNA 的精确纳米工具”。如今，他和他的团队正在研究自然界中存在的 CRISPR 系统的多样性，看看哪些其他系统可能对基因组工程有用。

Live Science 采访了 Šikšnys，谈论了 CRISPR 进入临床应用的感受，以及他认为该系统在未来如何得到应用和改进。

编者注：为了清晰起见，本次采访经过精简和编辑。

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Nicoletta Lanese：您能描述一下您第一次开始使用 CRISPR-Cas 的时间吗？您能否讲述一下您何时意识到这可能是“一件大事”——一项改变我们所知的基因编辑的高价技术？

Virginijus Šikšnys：我想说，我们从一开始就进入了 CRISPR 领域。这大概发生在 2007 年《科学》杂志上发表的一篇论文，首次描述了 CRISPR-Cas 系统作为细菌抗病毒防御系统的可能功能。我们决定实际上看看这个系统是如何运作的。这就是我们开始 CRISPR 之旅的方式。

当然，一开始我们对非常基本的生物学问题非常感兴趣。 ...我们花了一段时间才了解 CRISPR-Cas 系统背后的机制。 ……

在 [我们 2012 年] 的论文中，我们展示了我们可以重新编程 Cas9 蛋白并将其定位到基因组中的任何序列。这可能是我们了解到，事实上，这是一种真正多功能的系统，可以用于不同模型生物体的基因组编辑。这就是这种基因编辑领域的开始。

NL：您是否立即想到这可能会应用于遗传性疾病的治疗？您是否认为这是一种可能性，甚至很早就？

VS：如果我没记错的话，我们当时在论文中所说的——我们说可以使用这些 CRISPR-Cas 系统，或者由 CRISPR RNA 编程的 Cas9 蛋白进行精确的“DNA手术”。

这意味着，实际上，您可以将 Cas9 定向到基因组中的任何序列，包括存在导致遗传疾病的突变的序列。

NL：去年，第一个基于 CRISPR 的疗法进入市场，我想知道看到该领域从基础研究发展到现在看到它在该水平上的应用是什么感觉?

VS：确实，回顾过去，看到 Cas9 几乎在 10 年内就进入了临床，真是令人惊叹。我认为这是一个非常伟大的成就，我相信在不久的将来会有更多的治疗应用出现，并将为以前无法治愈的遗传疾病提供治愈方法。

如果您查看当前正在进行的临床试验列表，其中使用 Cas9 基因组编辑工具来治疗不同的遗传疾病，那么这个列表确实非常令人印象深刻。看到实验室中的基本发现能够以多快的速度实际转化为临床，真的很值得。 

NL：现在已经进入临床，您预计 CRISPR-Cas 所承载的基因编辑系统未来会如何完善？

VS：确实，CRISPR-Cas9技术是一个很好的工具，正在迅速进入临床。但仍然有一些挑战需要克服，当然，这个工具还有改进的途径。 ……

最近，该 CRISPR 工具用于治疗 SCD 疾病（镰状细胞病）的消息成为头条新闻。事实上，[它]表明这确实是一个可以在诊所用于治疗患者的工具。

但当然，这种治疗有一些局限性，因为在这种情况下，治疗是在体外进行的。这意味着需要治疗的细胞被从患者体内取出，然后应用Cas9工具来纠正突变——或者实际上触发胎儿血红蛋白的产生。然后这些工程细胞必须被输送回患者体内。当然，这是一个具有挑战性且耗时的过程。

当然，如果 CRISPR 治疗能够直接在人体中进行（我们称之为体内），那就太好了。但实际上，要做到这一点，你必须克服几个挑战：首先，你必须将这个CRISPR工具传递到人体的特定组织或器官中。当然，提供 CRISPR 工具的方法有很多，但在新冠肺炎之后，mRNA 疫苗被批准作为治疗[预防]新冠肺炎的治疗方式。目前，mRNA与脂质纳米粒子的结合成为将Cas9递送到人体不同细胞和组织中的关键方式之一。

[其他]传递系统也在探索中，包括病毒样颗粒和腺相关病毒。因此，AAV 也被用作递送工具，并且它们被批准作为进入人体的安全递送工具 - 但是，例如，就 AAV 而言，存在包装货物限制，您需要找到可以包装的更小的基因编辑工具成单个 AAV 颗粒。

事实上，在我的实验室中，我们正在寻找途径——如何改进现有工具，或者实际上找到新工具？为了寻找新工具，我们研究了 CRISPR-Cas 系统的多样性。这些 CRISPR-Cas 系统（本质上）非常非常多样化，我们的目标是从基本角度了解 CRISPR-Cas 系统的这种多样性。而且，我们希望通过这种多样性，我们能够找到用于基因组编辑应用的新工具。

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NL：您能否描绘一下深入研究这些系统的多样性的情况？

VS：在我的实验室中，我们使用基于生物信息学的组合生化方法。因此，我们尝试从生物信息学角度识别假定的新 CRISPR-Cas 系统，然后尝试使用湿实验室中可用的工具对它们进行生化表征。 ……

首先，我们研究存在于巨大数据库中的[微生物 DNA] 序列——你可以尝试在那里找到新的 CRISPR 系统。然后，我们尝试在不同的细菌中表达它们，分离它们，表征，然后将它们转移到人体细胞中，看看它们是否可以用作新的基因组修饰工具。

NL：我们谈到了刚刚获得批准的镰状细胞治疗——我想知道您是否和其他人一样，预计镰状细胞将成为首批获得 CRISPR 治疗的疾病之一？您认为哪些疾病是下一个前沿领域？

VS：我想说，从一开始就很清楚，由单一突变引起的遗传性疾病，如镰状细胞病，将是第一个目标。它看起来像是唾手可得的果实，因为你只需纠正基因组中的一个突变。当然，我认为这种基于 Cas9 的镰状细胞病治疗方法的部分功劳也应该归功于几十年来研究镰状细胞病的人们。他们让我们了解了用于治疗的疾病机制。

SCD 成为明确目标的另一个原因是，正如我之前提到的，您可以在体内进行治疗。你可以去除含有突变的细胞，在实验室中对它们进行实际改造，然后将这些细胞放回人体。这使得操作变得更容易。

但当然，当你考虑下一步时——治疗由多种突变引起的遗传疾病，例如癌症，仍然是一个挑战。当然，科学家们正在尝试开发解决这种复杂遗传疾病的方法。例如，基于 T 细胞的疗法已经在临床中使用，CRISPR [系统] 被用来促进这些 T 细胞的工程化……可用于治疗淋巴瘤等癌症，实体瘤。

当然，正如我之前讨论的，人体中的 CRISPR 治疗是下一个重大步骤。

CRISPR-Cas9 技术的美妙之处在于它是一种多功能或通用技术，因为您可以使用此工具来改造任何生物体。

NL：这有点离题，但我们已经讨论了将 CRISPR 开发为抗菌剂的想法，作为一种替代方案抗生素——您认为这是一个富有成果的研究领域吗？

VS：CRISPR-Cas9技术的美妙之处在于它是一种多功能或通用技术，因为你可以使用这个工具来改造任何生物体。你只是想设计 DNA，而 DNA 是每个生物体的蓝图。因此，除了在人类细胞中进行基因编辑之外，您还可以考虑对细菌群体进行编辑——比如说，存在于人类肠道中的细菌群体。这些细菌群体可以被改造。 ……

正如您提到的，Cas9、CRISPR 技术也可以用作抗病毒药物。目前，抗生素的问题非常明显——我们可能会在使用抗生素对抗细菌的战斗中失败。新型抗生素始终是人们所需要的，但找到它们确实很困难，而且具有挑战性且成本高昂。因此，诸如病毒疗法或 CRISPR 抗菌系统等替代技术被开发出来。

NL：显然 CRISPR 具有巨大的潜力，尤其是在治疗遗传疾病领域 - 我认为人们对于在不同情况下应用 CRISPR 的伦理也有很多疑问。您能谈谈吗？

VS：我认为这是一个非常重要的问题，当然，CRISPR是一项非常重要的技术，你可以利用CRISPR来做很多事情。但当然，你应该记住你在做什么，你需要与社会保持联系和对话——这些事情可以接受吗？或者，社会对科学家在实验室开发的这些技术有何看法？我认为与人们沟通并实际上解释这些技术是什么，它们可以实现什么，以及这些技术的缺点是什么，这一点非常重要。

我们已经听说过几年前 在中国使用 CRISPR 来改造人类胚胎的故事 - 所以科学家们实际上同意不跨越这条线，因为这可能是一件非常危险的事情。