1月20日，凭借CRISPR技术荣获2020年诺贝尔化学奖的加州大学伯克利分校教授Jennifer Doudna等人在《科学》杂志上发表综述文章《CRISPR技术：过去十年的基因编辑只是一个开始》^[1]，介绍了过去十年里CRISPR技术的重要进展，以及未来十年的挑战和前景。

1、CRISPR取得的进展。CRISPR全名为“成簇规则间隔短回文重复”，其研究始于1987年，2012年Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier等在《科学》上发表了使用CRISPR技术进行基因编辑的文章，引发了微生物学领域研究人员的深入探索。CRISPR基因编辑技术快速发展，她们也因此获得了2020年诺贝尔化学奖。过去的十年里，世界各地的科学家迅速改造了CRISPR技术，使其能在动物、植物和人类中开展基础研究并广泛应用。CRISPR技术的应用已为治疗镰状细胞病、β-地中海贫血、转甲状腺素淀粉样变性、先天性眼疾等疾病的临床试验奠定了基础，治疗其他罕见病（儿童早衰症、重症联合免疫缺陷、家族性高胆固醇血症）和常见病（癌症、艾滋病感染）的临床试验也在规划中。CRISPR技术促进了农业的进步，帮助培育出更高营养的西红柿和更高食用产量的鱼。CRISPR技术促进了从分子生物学到细胞生物学等各个领域的研究，推动了数千篇研究文章的发表，并为许多聚焦治疗方法、农业和合成生物学的公司提供了技术基础。

2、CRISPR技术面临的挑战。尽管取得了不错的进展，但CRISPR技术及其潜在影响仍处于早期阶段。未来十年，CRISPR技术将面临一些关键挑战。

（1）基因编辑的准确性（即目标位点的特异性）和精度（即产生确切的所需编辑结果）。为了减少CRISPR-Cas核酸酶因意外结合和切割而产生的脱靶效应，研究人员利用更合理的设计和选择，开发了高保真Cas酶变体并指导优化方法。同时，使用新方法将Cas编辑器递送到目标位点并优化现有编辑器也可尽量减少脱靶效应。提高编辑精度则需要更好地了解DNA修复过程以及将创新和工程相结合。

（2）基因序列的插入。新兴技术正在扩展CRISPR工具的能力以实现精准的可编程基因序列插入，未来十年的重大挑战之一是完善和有效地实施这些技术以用于基因组工程应用。先导编辑代表着一种不需要引入DNA双链断裂就能插入和删除DNA序列的替代策略，未来十年，先导编辑的主要目标是在不影响编辑产品纯度的情况下提高效率，这一结果有可能使先导编辑成为最通用的精确编辑工具之一。对于大基因插入，CRISPR基因组工程的一个新兴领域是RNA引导的DNA转位，这一领域仍处于研究的早期阶段，需要进一步的探索、测试和工程化。

（3）体外和体内编辑器的递送。编辑器的递送仍是生物体基因组编辑的主要瓶颈，需要创新和工程来确保高递送效率、目标特异性和安全性。当前，基于CRISPR实现人类基因编辑以治疗疾病的策略分为两种：体外基因编辑和体内基因编辑。体外基因编辑通常用于编辑造血干细胞、祖细胞和白细胞，提供更高的细胞类型特异性和更严格的编辑质量控制，但仅限于能够在培养物中存活和增殖并保持体内功能的细胞类型。体内基因编辑能将CRISPR编辑应用到体外基因编辑无法实现的细胞类型中，使CRISPR能用来治疗更多的遗传疾病，但CRISPR编辑器的体内递送仍是一个艰巨挑战，在递送载体中需要防止物质降解、调理和血管的吞噬作用，高效地通过细胞间质，以及在被细胞内吞时有效释放物质。人类CRISPR治疗的未来将在很大程度上取决于改进当前的递送策略，开发新的递送方式，以及发现和设计更紧凑的CRISPR编辑器。

3、CRISPR技术的未来应用。未来十年，基因组编辑研究和应用将继续加速，并将与机器学习、活细胞成像和更快更便宜的DNA测序等技术日益交叉。在临床方面，将会看到更多的临床试验数量和类型，为指导下一代基因和细胞治疗提供数据。随着临床应用的扩大，CRISPR可能会被用于保护健康。例如，随着疾病治疗的安全性和有效性的确立，基因组编辑可能成为预防神经退行性疾病或心血管疾病的手段。在农业方面，CRISPR筛选将为在植物和动物中设计多基因性状的途径提供更多的见解。使用CRISPR生成的产品，无论是用于移植患者的猪器官、抗旱增产的水稻，还是使用CRISPR编辑进行健康微调的微生物群，都可能成为常规产品。                                     （郑颖）