在生命科學的舞台上，每隔一段時間就會有新的技術受到矚目，而CRISPR技術無疑是近年來的明星。這項編輯基因的革命性技術不僅改寫許多遺傳疾病的命運，還為農業、生物技術等開闢新的可能性。本次主廚將帶大家來看看什麼是CRISPR技術以及相關應用。
什麼是基因編輯？
基因編輯顧名思義就是一種在生物體基因特定位置添加、移除或替換基因片段的技術，好比一本書中的一個字、一句話被人為修改，基因編輯也是如此。近年來，基因編輯的技術進步快速，其中最受矚目的技術就是CRISPR，現在已被成功應用到多種生物體，從微生物到植物、動物，甚至是人類細胞。
CRISPR技術基本介紹
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR)為一段特定的DNA序列，原本存在於某些細菌的基因中，當細菌被病毒攻擊時，CRISPR會記錄病毒的某段DNA序列，並在下一次病毒入侵時，利用這些記錄來定位並切斷病毒DNA，進而阻止病毒複製[1]。
其中，Jennifer Doudna和Emmanuelle Charpentier被認為是這項技術的主要開創者。於2012年，他們發表了一篇研究，描述如何使用CRISPR-Cas9進行基因編輯[2]，也因為這項突破，他們在2020年獲得了諾貝爾化學獎。
CRISPR的技術核心是Cas9蛋白質，當研究人員想要編輯特定基因時，他們只需設計一段RNA序列(稱為導引RNA)，使其與目標DNA序列完全匹配。接著，這段導引RNA會引導Cas9蛋白質到達位置來切割目標[2]，如圖1。
CRISPR技術應用
CRISPR技術為基因編輯帶來一個全新時代，以下為相關應用範圍：
- 醫學治療：CRISPR技術被視為許多遺傳性疾病的可能治療方法。例如，對於囊性纖維化、鐮刀細胞性貧血或某些類型的失明等遺傳疾病[4]。
- 農業：CRISPR可以編輯農作物基因，使其具有更好的抗病性、耐旱性或營養價值。例如透過基因編輯，科學家已成功做出不含麩質的小麥和含有更高營養素的番茄[5]。
- 生物學研究：CRISPR提供了一個簡單且高效的方法來研究特定基因的功能。透過敲除或插入特定基因，研究人員可以更容易地瞭解這些基因的角色[6]。
CRISPR技術的潛在問題
儘管這項技術具有巨大潛力，但它也帶來潛在問題，讓我們來瞧瞧CRISPR有哪些可能問題。
- 不完全精確：儘管CRISPR被認為是一種相當精確的技術，但有時它會在非目標位置產生所謂的非特異性切割，這可能導致未預期的基因突變[7]。
- 遺傳倫理問題：由於CRISPR基因編輯可能永久改變個體的基因組。當這些改變被傳給下一代時，可能導致無法預期的後果。此外，基因編輯人類胚胎的做法也存在爭議[8]。
- 環境風險：釋放CRISPR修改過的生物體(如基因編輯的動植物)可能對生態系統產生無法預期的影響。
主廚結語
本次簡單為大家介紹CRISPR技術的基本概念及其應用，隨著科技快速發展，強大的工具或技術讓我們能夠做到如同科幻小說般的事情，然而技術進步除了帶來便利以外，也會同時帶來風險。如同最近AI技術快速發展一樣，未來如何在技術進步與道德爭議間取得平衡點，也是相當重要的議題。喜歡這類文章的話，歡迎追蹤科技雞湯Facebook，關注最新消息！
參考資料
- 泛科學，人體基因編輯是在編什麼？五分鐘搞懂基因神剪 CRISPR
- Barrangou, R., et al. (2007). CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science, 315(5819), 1709-1712.
- Jinek, M., et al. (2012). A programmable dual-RNA–guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. Science, 337(6096), 816-821.
- Cox, D. B. T., et al. (2015). Therapeutic genome editing: prospects and challenges. Nature Medicine, 21(2), 121-131.
- Zhang, Y., et al. (2018). Applications of CRISPR–Cas in agriculture and plant biotechnology. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19(5), 305-311.
- Doudna, J. A., & Charpentier, E. (2014). The new frontier of genome engineering with CRISPR-Cas9. Science, 346(6213).
- Fu, Y., et al. (2013). High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells. Nature Biotechnology, 31(9), 822-826.
- Cyranoski, D., & Ledford, H. (2015). CRISPR gene-editing tested in a person for the first time. Nature News