想象一下，艾萨克·牛顿爵士刚刚偶然发现了本田思域。它是什么以及它是如何工作的?车轮内部控制什么?那些在地板上的杠杆怎么样呢?他们做了什么?

现在想象一下他给了一套定制的Civic专用套筒扳手，这样他就可以开始修补 - 将车拆开并重新组合起来，看看每个单独的部件是如何工作的，比如方向盘，以及网络如何零件相互作用，就像离合器一样。最终，他可能会对这辆车有所了解。

在某种程度上，这就是研究人员对基因组所做的工作 - 我们所有细胞中发现的完整的人类DNA - 使用名为CRISPR-Cas9的新基因工具。CRISPR-Cas9是一种可定制的工具，可让科学家在DNA链的精确区域切割和插入小片DNA。该工具由两个基本部分组成：Cas9蛋白，其作用类似于扳手，以及特定的RNA指导，CRISPR，作为一组不同的插座头。这些指导将Cas9蛋白导向控制特定性状的正确基因或DNA链上的区域。这使科学家能够以特定的，有针对性的方式实时研究我们的基因。所以现在科学家可以研究失去一个基因的影响

1月份的Genome Advance of the Month描述了两项研究，发表在Nature and Nature Biotechnology上，研究了几种研究人员使用CRISPR-Cas9通过改变特定基因或基因组来研究基因组的方法。这项研究通过推动我们对特定基因的作用及其对我们整体健康的重要性的了解，帮助科学家了解基因组 - 就像艾萨克爵士取下方向盘一样(汽车仍在驱动，尽管在一个方向上)。它还允许科学家研究不同基因在网络中如何相互作用 - 就像艾萨克爵士取下离合器一样(发动机工作，但它无法驾驶汽车)。

这些研究均由麻省理工学院麻省理工学院和马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的冯章博士共同出版，以不同的方式测试了CRISPR-Cas9。一项研究探讨了CRISPR-Cas9可能破坏一种或多种基因的方法，另一项研究探讨了CRISPR-Cas9如何增加基因的活性。

在Nature的文章中，张博士和他的团队探索了具有基因特异性指南的CRISPR-Cas9是否可以用作上调或增加基因活性的更有效和更有效的方法。回想汽车类比，这类似于对基因进行增压，从而产生更多的蛋白质，这是实际在细胞内完成工作的细胞机器。以前的研究人员能够使基因活动加倍，但新策略将此提高了15倍，一些基因增加了100或1,000倍。此外，他们发现他们可以使用该系统一次上调10个基因。这可以让科学家在未来研究和改变整个基因网络的模式。

虽然上调可能听起来像一个遗传客厅的伎俩，但确实有令人兴奋的含义。我们每个基因组中每个基因都有两个拷贝 - 一个遗传自每个父母。当一个人有一个基因的工作副本和一个非工作副本时，就会发生一些遗传性疾病，导致身体蛋白质太少而无法进行常规活动。将来，医生可能能够使用CRISPR-Cas9系统来增加工作基因的活性，从而增加工作蛋白的数量，并可能减少或消除疾病症状。一种这样的病症(虽然本文没有检查过)是家族性高胆固醇血症，一种导致极高LDL - 或坏胆固醇的遗传状况，在美国影响多达60万人。使用CRISPR-Cas9，科学家可能会增加从分解LDL胆固醇的基因工作副本制造的蛋白质，这可能会降低人的总胆固醇水平，可能会回到健康范围。

切换齿轮(双关语)，在Nature Biotechnology研究中，张博士及其团队使用CRISPR-Cas9系统实时研究活体小鼠的基因变化。虽然这可能听起来更接近一个勇敢的新世界，它实际上是一种研究遗传变化的旧方法。直到最近，如果一个科学家想要研究基因的功能，他们必须培育具有该基因的突变或“敲除”版本的小鼠(或其他动物)，这是一个耗时数周或数月的过程。科学家们一次只能研究几个被淘汰的基因，这类似于建造一辆没有油箱的汽车，看看油箱的作用，然后在没有轮胎的情况下制造一辆汽车，看看轮胎的作用。张博士的团队表明，使用CRISPR-Cas9系统，可以在动物存活时敲除基因。在2-4周时，不仅CRISPR-Cas9基因敲除小鼠产生更快，而且它们允许研究成年小鼠在基因或基因丢失之前和之后的行为。

在这种情况下，研究人员研究了一种基因MeCP2，这是一种人类突变导致Rett综合征的基因，导致女孩语言，学习和协调方面的问题。与Rett综合征一样，失去MeCP2功能的小鼠也表现出学习困难。此外，科学家早就知道MeCP2突变会引起广泛的问题，因为这种基因产生的蛋白质控制着基因组中其他基因的功能。当张博士的团队研究了有和没有MeCP2的小鼠细胞他们发现突变，整个基因组中的34个其他基因由于突变而具有不同的表达模式。这可能有助于研究Rett综合征，以及许多其他遗传病症及其对其他基因的影响。

研究人员试图通过针对称为Dnmt3a，Dnmt3b和Dnmt1的基因来改变整个基因网络。它们几乎活跃在成年人类大脑的每个细胞中，有助于学习和创造记忆。在将CRISPR-Cas9系统插入小鼠后，他们发现小鼠中超过75%的Dnmt3a和Dnmt1基因被敲除，这意味着基因不再在细胞中起作用。这证明CRISPR-Cas9可以同时用于同时敲除多个基因，因此可以成为研究基因网络的强大新工具。

总之，这两项研究为更多基础研究铺平了道路，并转向使用CRISPR-Cas9技术进行更多应用的临床研究。这项工作将使其他研究人员能够更有效地研究简单和复杂的遗传疾病，并大大提高科学家探索我们基因组内部运作的能力 - 就像给艾萨克爵士一个充满工具的整个车库 - 这将导致更细微的理解我们的基因组，并最终改善了遗传病的治疗方案。