Guan-En Graham决心要确切了解她父亲的遭遇。当她还是个孩子的时候，他患上了脑癌。从那以后，她一直致力于理解引发脑部疾病的错综复杂的遗传机制，以便有一天，也许她可以将它们关闭。现在格雷厄姆可能有这个工具。在杰里米日博士实验室，来自拉斯维加斯的二年级神经科学专业是UAB研究小组的一部分，该研究小组正在调查CRISPR，这是一种基因编辑技术，可以在患者开始患病之前预防疾病。

精确可编程

CRISPR，或Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，基本上是一对分子大小的可编程剪刀剪刀，用于活细胞内的DNA。自科学家改进技术以来的几年里，CRISPR已经彻底改变了基因编辑。

添加，删除或以其他方式改变现有DNA序列的概念并不是什么新鲜事; 科学家们已经在实验室里做了几十年。但早期的基因编辑技术会产生“脱靶”效应，无意中修补其他DNA片段。与其前身相比，CRISPR更加精确，高效，多功能且价格合理，这改变了科学家解决问题的方式以及他们回答问题的速度。

Day，UAB医学院神经生物学助理教授，研究表观遗传学，这是一组影响基因活性而不改变DNA序列的分子修饰。CRISPR使他的研究小组“探索表观遗传修饰如何影响特定基因的表达。以选择性方式表达基因的能力使我们拥有的细胞类型具有惊人的多样性。”

另一位与Day合作的神经科学专业学生Jasmin Revanna将这项工作描述为“改变DNA上的'标签'，影响其在细胞中的功能。” 阿拉巴马州杰克逊维尔的新生补充说，我们的目标是发现这些标签或表观遗传修饰在不是由DNA突变引起的疾病中的作用。

“我们正在将此应用于成瘾相关疾病，以了解滥用药物如何与表观基因组相结合，从而产生神经元功能和行为的长期改变，”Day说。该研究结果可为各种与CRISPR相关的表观遗传治疗奠定基础 - 可能为阿尔茨海默病患者提供或恢复记忆，或为创伤后应激障碍患者夯实它们。“虽然我们目前的研究处于起步阶段，但这项技术是一次巨大的飞跃，”Day说。

切，粘贴，治疗

CRISPR起源于某些细菌，它起到防御入侵病毒的作用。从本质上讲，它是一种“高效和特异性”的细胞免疫系统，UAB医学院生物化学和分子遗传学教授Tim Townes博士解释道。分子机制识别病毒DNA并将其切割以防止病毒在细菌内复制。在CRISPR切割DNA的地方，研究人员可以删除或插入DNA序列。Townes的实验室已应用该技术成功纠正导致镰状细胞病(SCD)的基因突变，这可导致慢性疼痛和器官损伤。目前的SCD治疗是终身的并且可能具有严重的副作用。

“所有患有SCD的患者在完全相同的基因上的完全相同位置具有完全相同的突变 - 这意味着我们需要仅纠正骨髓细胞中的一个突变以永远治愈这种病症，”Townes说。该过程涉及从患者取回骨髓细胞，处理基因，然后将细胞植入患者体内。因为细胞是患者自己的，所以不需要移植或拒绝的风险。“对于CRISPR，我们对镰状细胞突变的有效修正率在30%到50%之间。只有那部分细胞足以治愈一些镰状细胞，”Townes说。

目前，在美国出生的每个婴儿都接受镰刀突变测试，研究人员可以在一个月内知道婴儿是否会患上这种疾病。SCD症状通常直到孩子一岁时才会出现，“这需要11个月才能治愈，他们可能永远不会经历这种疾病，”Townes说。类似的方法可以使患有其他疾病的患者受益。在已发表的研究中，Townes和他的团队已经展示了他们如何使用CRISPR来纠正引发严重联合免疫缺陷病的DNA，其中儿童出生时没有免疫反应。

个性化医疗的关键

Townes和Day都希望在未来几年内开始基于CRISPR的疗法的人体临床试验。由单基因突变引起的遗传性疾病，如SCD，是理想的CRISPR候选者，因为它们只需要进行一次小的校正，并且校正总是相同的。然而，大多数遗传性疾病并非如此简单，涉及多个基因的复杂突变。随着CRISPR技术的改进，它可能适用于更广泛的疾病，Townes和Day预测它将在个性化医疗的发展中发挥关键作用，并根据每位患者的基因构成进行治疗。

Townes说，目前在阿拉巴马州医院出生的婴儿接受了35种疾病的检测，“但价格大致相同，我们可以对其基因组进行测序”并确定使它们处于疾病风险中的基因。然后，“很久以前有人发展出这些遗传倾向之一，我们就可以纠正这种基因，使他们从未经历过这种疾病，”汤斯说。

Day补充说，即使基因编辑很难或不可能，CRISPR引入理想的表观遗传修饰的能力也可能非常有用。“随着我们对表观遗传标记如何调节单个基因的基本理解，这将在几年内实现。”

安全监控器

例如，由于化妆品的原因，人们想要改变他们的基因 - 或者他们的孩子的基因吗?Day和Townes说，安全和道德考虑是CRISPR进步的关键。“我们已经使用了许多不同的治疗方法，能够改变我们的基因表达方式，并能够产生长期效应，”Day说。“出现的伦理考虑更多地与技术的应用有关，而不是与技术本身有关。最终，只要有足够的筛选和仔细观察，CRISPR的好处将超过潜在的风险。”

Townes对此表示赞同，并指出“整体而言，科学界在管理这些新技术方面做得不错，而且不负责任。”

美国食品和药物管理局必须批准任何人类临床试验，也正在制定安全法规和基因编辑技术的使用。