基因敲除技术的七个奇妙应用

智慧芽海外团队撰写

智慧芽创新研究中心 邹欣欣翻译

有什么是基因敲除技术不能做的吗？在这篇文章中，我们将探讨这项诺奖技术的7个脑洞应用。

基因敲除技术的应用似乎是无止境的，它最新的突破包括成功地将猪心脏移植到人体内，治疗血液疾病（镰状细胞贫血症）、以及改善农业和农作物的适应性。

基因敲除CRISPR是Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats的缩写，是细菌免疫系统的一个组成部分，它可以切割和编辑DNA。我们可以把它想象成一把分子剪刀，它可以按照定制的指示，瞄准并切割DNA序列。使得科学家能够重写几乎任何生物体的遗传密码，同时它也比其任何基因编辑的技术更便宜、更简单、更精确。除此之外，基因敲除还有许多其他不同寻常的应用正在研究中。

在这篇文章中，我们将探讨这项获得诺贝尔奖的技术的七个脑洞应用。

图1_按基因敲除的显著性检索主题及相关主题一览（数据来源：智慧芽Discovery）

1.无咖啡因咖啡

咖啡爱好者会告诉你：低因咖啡也不会让你整夜睡不着觉，但它也没有了“真正”的咖啡味。为了去除咖啡因，烘焙师必须把咖啡豆放在一个复杂的化学过程中，而这往往会留下微量的化学物质，使得咖啡豆的复杂香气和风味变差。

虽然植物科学家们已经发现了一些自然形成的不含咖啡因的咖啡植物，但它们成活机率极低。因此，植物科学家已经把目光转向基因敲除，以寻求突破。

英国一家名为Tropic Biosciences的生态农业科技公司利用基因敲除技术，已经成功地“关闭”咖啡作物的咖啡因生产基因，而避免了昂贵的、浪费量大的和污染严重的脱咖啡因过程。这家公司首席执行官Gilad Gershon认为，他们的无咖啡因咖啡有希望在几年内上市，成为“通向更多可能性的大门”。同时，他们也已经开始开发培育更适应气候的咖啡作物品种。

2.辣西红柿

西红柿经常被描述为甜的、多汁的和酸的。在不久以后，辣味可能会被添加到这个列表中，因为巴西的一个科学家团队希望对番茄进行更“刺激”的基因工程改造。

辣椒和西红柿在数百万年前从共同的植物祖先中分化出来，然而西红柿仍然拥有制造辣椒素所需的遗传物质。巴西的研究人员认为，利用基因敲除等工具，他们可以激活这些休眠的辣椒素基因，为传统的辣椒提供一个的替代品，因为传统的辣椒是出了名的难以种植。

根据智慧芽discovery平台，基因敲除农作物行业在2021年达到了投资的最高纪录，总额超过6亿美元。

图2_2012-2022基因敲除农作物行业投资（数据来源：智慧芽Discovery）

3.免宿醉酒

你是否曾希望你能整夜饮酒而不至于在第二天遭受头痛欲裂的宿醉的痛苦？现在，伊利诺伊斯州大学的一个研究小组对用于发酵葡萄酒的酵母进行了基因改造，增加了一种叫做白藜芦醇的化合物，从而减少了你的宿醉感。

酿酒酵母的每个基因都有很多副本，这使得它具有高度的适应性，并且很难用老方法进行基因工程。有了基因敲除技术，基因工程师们能够一次性切断所需基因的每个副本，提高葡萄酒中白藜芦醇的含量，将那些令人头疼的宿醉抛在脑后。

4.消灭害虫

如果我们生活在一个不再有会传播疟疾的蚊子的世界里会怎么样呢？有了基因敲除技术，这种情况是可能发生的。这种基因编辑技术可以用来帮助控制传播传染病或入侵某一特定生态系统的物种数量。这是通过创建“基因驱动”来实现的，它可以确保基因修改被所有的后代继承，并进行多代传播。

伦敦帝国学院的研究人员证明，这项技术可以专门用来对付传播疟疾的蚊子物种。利用基因敲除技术，他们将为蚊子引入了一个基因，当父母双方都携带这个基因时，它就可以阻止雌性蚊子产卵。在一个笼子里的试验中，该种群在引入基因后的7代就被根除了。

在世界各地，研究人员正计划在其他有致病风险的物种上测试这种方法，包括入侵的老鼠，以及澳大利亚的野猫。然而，围绕着使用这些“基因驱动”所带来的伦理考虑，仍然存在着争议。

根据智慧芽discovery平台，在过去十年中，关于基因敲除技术的物种的研究一直在增加，美国和中国在该领域中名列前茅。

图3_2012-2022各国关于基因敲除技术物种研究数量一览（数据来源：智慧芽Discovery）

5.吃了不过敏的食物

在美国，10%的成年人和8%的儿童有食物过敏的症状。而且这个数字正在以惊人的速度增长。包括小麦、大豆和花生在内，八大过敏原作物导致了90%的食物过敏。食物过敏发生时，免疫系统会识别出外来蛋白质，从而引发免疫反应，在有些情况下甚至会有致命危险。为了解决过敏问题，科学家们正在对植物进行基因改造，以减少过敏原的产生。

南卡罗来纳州的研究人员一直致力于减少小麦中的麸质含量，以使那些患有乳糜泻或麸质过敏的人更容易消化。他们认为改变食物本身是比事后药物治疗更容易实现的解决方案。北卡罗来纳州的一家食品科技公司IngateyGen正在进行一项类似的研究，致力于开发一种低过敏性花生。利用基因敲除技术，这些研究人员正在努力去除这些作物中最主要的过敏性蛋白质，希望开发出尽可能接近无过敏的植物，使人们能够在没有压力和过敏的情况下享受食物。

6.更快的赛马

赛马的马匹也正在通过基因敲除的方式向更好、更快的方向改造。研究人员发现，肌肽基因（一种骨骼肌生长的抑制剂）的差异几乎完全可以解释为马匹们基于基因的赛马比赛距离倾向——本质上，这是他们的“速度基因”。

阿根廷的一家名为Kheiron-Biotech的生物技术公司正在使用基因敲除技术编辑赛马的基因组，使其成为更快、更强、更好的跳马品种。他们已经成功地编辑了肌肽基因，有效率达96.2%，并且已经成功地创造了带有这种编辑的马胚胎。从长远来看，他们希望能找出更多使马匹具有自然优势的等位基因，然后将这些基因整合在一起，使其他马匹也能获得同样的速度优势。

7.解除灭绝危机？

我们能让物种起死回生吗？这也许是迄今为止基因敲除最骇人听闻的用途。现在，人们正在认真讨论复活候鸽（一种北美旅鸽）的问题。

候鸽曾经以数以亿计的鸽群在北美的森林中游荡，然而在18和19世纪，它们被饥饿的欧美人大量猎杀，导致该物种在20世纪初急剧下降，最后一只已知的候鸽于1914年在人工饲养中死亡。

加州生物技术公司Revive and Restore已经开始了一个专门的候鸽项目，目的是通过修改与候鸽密切相关的带尾鸽的基因组来重新建立该物种。如果成功的话，他们相信他们可以用这种方法来复活许多种已经灭绝甚至是极度濒危的物种。现在，他们是否应该这样做的问题仍有待商榷——但不可否认的是，如果能看到一个真实的、活生生的长毛象，那将是非常酷的的事情！

随着基因敲除研究的继续和进一步发展，我们所知的生活的许多方面可能会被改变。从医药到宠物，再到我们的食物，都有改进的余地，而基因工程已经准备好大展身手。可以说，基因敲除正在或很快将实现一些不可能的事，甚至使曾经被认为是科幻小说的场景成为可能。

*成功接受第一个转基因猪心脏的人已经在术后两个月去世，虽然目前还不清楚是什么原因导致了他的死亡（调查正在进行中），但该结果将帮助研究人员了解我们离通过异种移植解决器官短缺危机还有多远。