前言|雨西如今人类已经解锁了改写生命秘钥的技能——基因组编辑技术。尽管这项技术并不昂贵，它却能够轻而易举地改变DNA的构造，从而克服顽症，解决饥荒，几乎与造物主的神力相媲美。而在它背后则潜藏无数暗流：当科学家们费劲心思争抢专利权时，又有人在担忧技术的进步是否会逾越自然法则从而带来毁灭性后果。技术革新对于人类的未来，究竟是新的动力还是潜在的威胁？这个问题的答案，只能让人类在未来的世代中自行体验。
在会议结束之际，巴尔的摩和其他四位分子生物学家彻夜未眠，联合写出代表他们共同意愿的声明。他们设计了一系列方法来隔离具有潜在危险的实验。并且，他们认为克隆或者其他涉及危险病原体的实验行为都应该被禁止。有几位与会者担心人类世世代代改善自身种系的夙愿会就此改变。但大部分人认为他们的担忧太过遥远而显得不切实际。毕竟，操纵微生物已经相当困难了。然而，阿斯罗马的科学家们为生物研究制定的守则却不足以约束他们已有的构想。
在今年的早些时候，巴尔的摩与另外17名研究人员参加了另一个在加州召开的会议。这次会址位于纳帕谷的卡纳罗斯旅店。 巴尔的摩说：“参加这次会议给我带来一种往昔重现的错觉。”在那里，他再次和一些当今最顶尖的科学家们聚在一起，讨论基因组工程的潜在影响。
然而，先前存在的风险早已改变。每一位纳帕会议的与会者都能够接触到一项被称作CRISPR-Cas9的基因组编辑技术。这个名字里的第一个词CRISPR是clustered regularly interspaced short palindromic repeats （成簇的、规律间隔的短回文重复序列）的缩写，这个词被用于描述该技术的基因基础。Cas9 则是该项技术的关键蛋白。抛开技术层面的细节不谈，Crispr-Cas9能够实现任意基因在任意物种间的自由移植，甚至细菌的基因都能被植入人类的DNA内。“这是生物研究史上具有里程碑意义的事件，”巴尔的摩说，“它们可不是每天都会有的。”
这项技术已经得到了三年的发展和完善。通过它，研究人员已经成功逆转基因突变所致的失明，也成功阻止了癌细胞的增殖，并且使细胞免受HIV病毒感染。农学家们已经成功地让小麦抵抗白粉菌之类的有害真菌的侵袭。这项结果暗示着，在日益变暖的地球上，转基因谷物将要接过养活90亿人口的重担。生物工程师已经用Crispr来改变酵母菌的DNA，让其分解植物组织从而生产乙醇。他们希望这项技术突破能够让人类不再依赖石化产品。致力于发展Crispr的新兴公司已经展开了行动。那些医药、农业领域的国际大公司们也紧锣密鼓地展开对于Crispr的研发。两所美国的顶尖大学也为获得Crispr的基本专利而展开了激烈的竞争。Crispr会给你一个为你量身定做的熠熠生辉的未来——一块诺贝尔奖章，抑或是万贯家财。
这项革命性的技术和其他所有革命一样具有危险性。Crispr技术已经逾越了阿斯摩尔会议上所讨论出的界限。它能够让基因研究人员们实现先前让所有人担心的事情——设计婴儿、入侵型生物突变体、物种特异生物武器，以及其他带有末日隐喻的科幻事物。它给生物科学研究领域带来了全新的规则。但是没有人知道这些规则究竟是什么。或者说，没有人知道谁会是第一个打破禁忌的人。
在之后的2005年，一位在丹麦食品公司Danisco任职的微生物学家Rodolphe Barrangou发现，该公司用于生产酸奶和奶酪的嗜热链球菌中也有一样的回文重复片段。Barrangou和他的同事们发现，在Crispr回文片段之间的不明DNA延伸片段能够和侵染嗜热链球菌的病毒的序列进行互补配对。和大多数生物一样，细菌也会受病毒感染而成为噬菌体。随后Barrangou的团队又发现，这些片段能够通过免疫记忆的效应来帮助细菌们抵御细菌的侵袭——如果一个噬菌体侵染了一个含有特定Crispr片段的细菌，这个细菌就会对其存有记忆并作出反击。Barrangou和他的同事们意识到，他们可以筛选出那些带有Crispr序列、能够抵抗日常病毒的嗜热链球菌来为公司节省开支。
随着更多的研究人员参与到给更多细菌的测序工作中，他们不断地在不同细菌内找到Crispr序列。并且他们发现，半数细菌细胞内都含有这段序列。同时，Crispr也被证实在大多数古生菌细胞内存在。但更加令人感到奇怪的是，一些Crispr序列并不能和普通的基因一样编码出最终产物蛋白质；相反地，它只能逆转录出单链遗传物质RNA（脱氧核糖核酸DNA是双链结构）。
这就引出了一个新假设。鉴于大多数现代动植物都在和RNA病毒作斗争，一些研究人员就开始猜测Crispr是否是一种原始免疫系统。UC伯克利的环境微生物学家Jill Banfield也是持有这种观点的科学家之一。在加州沙斯塔县早已废弃的里蒙奇矿里，有110摄氏度的酸性水。她在水里的微生物体内找寻到Crispr序列。但仅凭她一人之力是很难证明她的猜想是正确的。
幸运的是，全国最出名的RNA专家——生化学家Jennifer Doudna在校园另一隅工作。她的办公室拥有能够欣赏海湾和三藩市天际线的绝佳视野。自小在夏威夷长大的Doudna从未想过她如今会有这样的生活。她仅仅是出于对于数学和化学的热情而进入哈佛学习，之后她在科罗拉多大学完成了博士后学位。在科罗拉多大学，她实现了学术生涯早期的重要成就——她揭示了复杂的RNA分子可以和酶一样催化化学反应。
来自矿山的细菌激起了Doudna的好奇心。但在她仔细分析了其中的Crispr后，发现并没有任何迹象表明细菌与动植物共用一套免疫系统。可她仍然认为这个系统也许可以用于诊断测试。
Banifield不是唯一希望Doudna对自己的Crispr项目伸出援手的人。2011年，当Doudna参与一次在波多黎各的圣胡安市召开的美国社会微生物学会议时，有一位满头黑发的法国科学家满怀热情地问她是否介意移步到会议厅外部谈一谈。这位 Emmanuelle Charpentier女士是一位在瑞士于默奥大学任职的微生物学家。
当她们漫步在古城圣胡安的小巷中时，Charpentier提到，有一种与Crispr相关的Csn1蛋白似乎有些异常。它似乎会在病毒中寻找特定的DNA序列，随后像一把显微多刃刀一样把它们切成碎片。Charpentier希望Doudna能够帮助她弄清这种蛋白的工作机制。“不知为何，当她提到它（Csn1蛋白）时，我的脊梁骨冒起一股凉意。而现在我还能感受到这种兴奋。”Doudna说，“我只是有一种有好东西即将出现的预感。”
回到瑞典后，Charpentier在一间生物危害室里培养了一个化脓性链球菌的菌落。没有几个人乐意被化脓性链球菌所包围，因为它能够引发脓毒性咽喉炎和坏死性筋膜炎这些食肉动物才会患上的疾病。但是Charpentier的实验对象是臭虫，并且她在化脓性链球菌中找到了现在被称为Cas9的蛋白。这种蛋白充满神秘但又极其强大。Charpentier清理了菌落，提纯DNA，随后用联邦快递把样本寄给Doudna。
在 Charpentier和Doudna二人团队的共同努力下，她们发现Crispr能制造两条RNA链，而Cas9酶则能锁定它们。这两条RNA链的序列可以和病毒的DNA配对，从而像基因全球定位系统一样追踪这些序列。并且当Crispr-Cas9复合体到达目的地时，Cas9就能够发挥神奇的魔力：它能够改变自身的形状来截取DNA，并使用极其精准的分子手术刀将其切碎。
这就是关键所在：一旦他们将这个结构拆分开来，Doudna所带的一位博士后Martin Jinek就会把两条RNA链整合成一个片段——即Jinek能够控制的向导RNA。他可以用随心所欲地运用任意遗传密码来合成向导RNA，而向导RNA的来源并不局限于病毒，即任意生物都能够成为其来源。Jinek的向导RNA和Cas9蛋白的结合物在试管中展现了其作为可控的DNA切割器的能力。与TANLENs和锌指核酸酶相比，这相当于用一把生锈的剪刀来换取计算机控制的激光刀。“我仍旧记得，在伯克利碰到几位同事时，我兴奋地告诉他们我们得到了绝妙的结果。但我认为他们并没有领会其中价值。”Doudna说，“他们仅仅是在迎合我说：‘噢，是吗，那太好了。’”
Doudna的团队于2012年的6月28日在Science杂志上发表了其研究成果。在论文和早前的相关专利申请中，他们建议将他们的技术用于基因组工程。这种技术价廉物美，就连一个本科生也能自如地使用。
这项发现受到了人们的关注。在2012年的前十年，只有200篇论文提及Crispr，而到了2014年，相关论文数目翻了三番。Doudna和Charpentier各自也被授予2015年的生命科学突破奖，并获得了300万美元的奖金。《时代》杂志将这两位科学家列入世界上最具影响力的100人之列。如今，再没有人会搪塞Doudna了。
如果新的基因在消灭疟疾的同时也致使蚊子灭绝，那么蝙蝠们该以什么为生呢？
2011年，张锋在29岁之际得到了博德学院的职位。不久之后，他在一次科学顾问委员会会议上听到Crispr这个名词。“那时我很无聊，”张锋说，“所以在研究人员发表演讲时，我就在Google上搜索它。”之后他赴迈阿密参加一场表观遗传学会议，但他几乎寸步不离自己的酒店房间。张锋花了大把时间来阅读关于Crispr的文献和在笔记本上勾勒出将Crispr和Cas9用于人类基因组的草图。“那真是个极其让人兴奋的周末。”他微笑着说。
就在Doudna的团队在Science上发表其研究成果之前，张锋申请了一笔联邦拨款用于将Crispr-Cas9应用于基因组编辑的研究。Doudna论文的发表促使他加快步伐，因为他知道这篇论文也会促使其他人试着去研究Crispr在基因组中会起何作用。然而，他想成为那个拨得头筹的人。
即便是Doudna这般安之若素的人，她在没有验证这套系统是否也适用于人类细胞的情况下，也急急忙忙地报告了自己的发现。“说实话，当你得到令人激动的结果时，没有人能按捺得住不发表出来。”她说。
在2013年1月，张锋的团队在Science杂志上发表了一篇论文。这篇文章阐述了Crispr-Cas9如何能够在人类和老鼠的细胞中编辑基因。在同一期杂志上，哈佛的基因学家George Church也使用Crispr来编辑人类细胞。当月，Doudna的团队也报告了将Crispr运用于人类细胞的试验取得成功。但是，张峰断言他的方法能够更好地切割和修复DNA。
这一细节十分关键。因为张锋曾请联合聘用他的博德学院和MIT以他的名义提出专利申请。众所周知，Doudna早在七个月前就提交了她的专利申请。但张峰的代理人在“加急”一栏打上了对勾，并为此支付了一笔费用。办理加急所需的费用一般在2000美金到4000美金之间。随后，博德学院的专利代理人和美国专利商标局进行了一系列的邮件沟通，代理人们坚持他们的申请与Doudna提交的申请的内容是不同的。
大约在那些关于人类细胞的论文发表的一年多以后，Doudna在上班途中被电邮告知，张锋、博德学院以及麻省理工学院已经获得了Crispr-Cas9作为基因组编辑工具的专利。“当时我十分震惊，”她说，“因为我们比他早了好几个月就提交了申请。”
博德学院的胜利引起了一场纠纷。在今年四月，加州大学修改了Doudna生命中与张锋版本重叠的部分，并寄了一封114页的申请书给专利局，要求启用专利抵触程序即召开听证会来决定，到底谁才是拥有Crispr的人。在欧洲，因其缺乏新意，有几群人对张锋的专利展开了争夺。张锋指明，他的拨款申请就是这个想法属于他个人的证明。他说，他本可以如法炮制Doudna的团队在2012年的研究，但他想要证明Crispr同样适用于人类细胞。对于这些纠纷，美国专利商标局也许会尽快在年底做出裁决。
这其中有相当高的风险。只要有公司想要进行微生物相关的业务，就得先获得张锋的专利许可证。尽管由专利使用权产生的费用高达数十亿美元，相关产品则具有更大的价值。随便拿个例子来说：1983年哥伦比亚大学的科学家得到了一项叫作并发转化（cotranformation）技术的专利。这种技术能够将外来DNA导入细胞。直到2000年专利过期之时，他们已经创造了79亿美元的收入。
尽管鹿死谁手还未成定局，以Crispr为技术核心的公司纷纷成立的趋势证明了其巨大潜力。2011年，Doudna和一位学生持更早得到的Crispr专利创办了Caribou公司。加州大学为Doudna提供了她想要的独有专利证书。Caribou公司利用Crispr制造工业原料和研究材料，比如说可能用于洗涤剂和实验室用试剂里的酶。Caribou公司还成立了另一家生物科技公司Intellia Therapeutics，并发给它Crispr-Cas9的专利从属证书。这家公司专攻疾病，被长期用于吸纳由Crispr-Cas9带来的经济收入。制药巨头诺华公司在这两家公司都投入了资金。在瑞典，Charpentier与人合办了Crispr Therapeutics公司。而在马萨诸塞州的剑桥，张锋、George Church和其他一些人，凭借他最终取得的专利证书创办了生物医药Editas Medicine。
到目前为止，这四家公司至少已经募集了1.58亿美元的风险投资。
通过基因驱动器和普通蚊虫来加速修饰过程完全没有可行性。实现这个想法的瓶颈在于，将基因驱动器植入蚊虫体内是不可能的。然而Crispr-Cas9的出现打破了这一僵局。
现在，在哈佛公共卫生学院，有一间实验室由四道紧锁的门重重把关。在实验室里，一群特殊的非洲冈比亚按蚊幼虫正蠕动在一盆浅水的表面。它们并非普通的疟蚊。这个实验室的研究人员们正尝试着使用Crispr技术将抗疟疾基因驱动器植入这些蚊虫的基因组里。如果从蚊虫的角度来看待这种方法，它还未成功，但一旦它成功了……这个项目不仅仅是要再改造它们其中的一只，而是要对全体进行重新改造。
Kevin Esvelt是启动这个项目的进化工程师，他知道这项工作承载着极高的风险。因为其中基本的过程能够消灭任何物种。在未来，科学家们必须耗费数年时间来研究这些蚊虫，以确保基因驱动器不会被传递到其他种类的蚊虫种群中。并且，他们还想知道一旦基因驱动器使蚊虫灭绝了，蝙蝠以及其他食虫动物会受到怎么样的影响。“在打开一罐带有基因驱动器的蠕虫时，我必须对此负责。”Esvelt说，“这就是为什么我试图确认科学家们已经做好预防措施，来证明他们值得公众的信任。也许我们并没有获得如此信任的资本，但是我正在付出最大的努力进行尝试。”
Esvelt和他的导师Church讨论过这个项目。而Church本人也曾和张锋共事过。他们曾决定在基因驱动器技术研发成功之前，先把这一构想发表出来。他们想先制定远远超出禁忌的预防措施。他们写道：基因驱动器研究应该在实验对象非本地物种的地方进行，这样才能减少逃逸的样本在当地生存下来的可能。并且，针对已改造个体与当地物种交配的情况，他们也提出了一种基因层面的落日条款，即关闭基因驱动器。Esvelt为Crispr基因驱动器申请了专利，他说这是为了在一定程度上阻止某些不采取预防措施的公司也来分一杯羹。
在一年之内，加州大学圣地亚哥分校的生物学家在没有参考Esvelt论文的情况下，已经运用Crispr将昆虫基因驱动器植入果蝇体内，并将其称为“突变链反应”(mutagenic chain reactions)。他们为了做研究已经逾越了五道门的界限，但是他们并未做好预防措施。Church说，这些圣地亚哥的研究人员太急功近利。一位科学家甚至夸下海口说，他计划从冰冻尸体中提取基因，再用Crispr技术将其注射入大象胚胎，从而复活灭绝已久的长毛象。（Church说，培养单只长毛象比处理一个快速繁殖的种群更让人放心一些。“我对这一切都感到十分担忧，”他说，“我鼓励人们在思考可能的实验结果同时，也去尽可能地去思考他们实验会带来怎样超人预料的后果。”）
Ethan Bier也曾经参与了加州大学圣地亚哥分校的果蝇研究项目，他也同意基因驱动器具有一定的风险。但他也指出，Esvelt培养的蚊虫体内也没有Esvelt本人主张的遗传屏障（平心而论，这与基因驱动器的目的背道而驰。）。并且据他所说，所谓的生态屏障是一派胡言。“在波士顿夏天炎热潮湿的气候条件下，也许热带蚊子不是本地物种。但这并不代表它们不能生存于此。”Bier说，“如果一只怀孕的雌蚊逃逸了，她和她的后代能够在一滩积水里繁衍生息。那么它们就有可能飞进波士顿港的船只里，并借由船只去到巴西。”
这些问题并不仅仅局限于蚊虫这一物种身上。Crispr的优势之一就是它能够被运用于任意生物。这种力量让Doudna感到她已经打开了潘多拉的盒子。比如说，在胚胎还是一团细胞之时，就能够用Crispr在子宫内治疗亨廷顿综合症（一种神经系统衰弱症）吗？也许可以。但是同样的方法也可能被应用在改造例如导致皱纹的基因。这种基因与医学研究关联不大。“我们没有时间像一个团体一样坐下来讨论其中的伦理道德和安全性。”Doudna说，“说实话，我们也没有讨论过，这种方法与其他治疗遗传疾病的方法相比，是否真的有临床意义上的益处。”
其实，真正的财源在于治疗人类。比如有些实验室在研究一种被称作“精英控制者”的遗传学现象。“精英控制者们”的HIV检测结果为阳性，但他们从未表现出患上艾滋病的迹象。研究人员使用Crispr可以敲除一种叫作CCR5的基因。这种基因制造的蛋白能作为HIV病毒进入细胞的中介。你完全可以把别人变成一位精英控制者。或者你也可以直接用Crispr定位HIV病毒来进行治疗，那么疾病就会“不药而愈”。
但是直接编辑胚胎的做法已经触发多种来自道德和法律层面的警告。这种做法与美国国立卫生研究院的政策背道而驰，并且也违背了联合国《世界人类基因组与人权宣言》的精神。（当然，当美国政府声称它不会赞助任何人类胚胎干细胞研究时，个人就会募集数百万美元来完成他们自己的研究。）诚然，在成功设计人类之前，还有漫漫长路要走，但人们已经不再认为这是天马行空。
即使科学家们从未尝试设计婴儿，在今日看来，四十年前在阿斯罗马会议上涌现的担忧却更富预见性。世界早已改变。“基因组编辑的诞生归功于一些大型实验室所作出的不懈努力，研究人员们尝试一千次也只能获得一次或两次的成功。”斯坦福大学的生物伦理学家Hank Greely说。“如今，一个人只要拥有学士学位，再加上价值数千万美元的设备就能完成基因组编辑。过往的天方夜谭在如今已是家常便饭。这是至关重要的。”
在1975年，还没有人会关心转基因蔬菜是否会受到市场欢迎，也没有人能够测试一个未出生婴儿的基因或者对其进行测序。而如今，投资者们一窝蜂地将转基因产品推进市场。关于Crispr的理念已深深渗透进现代文化中。
但如今却出现了奇怪的反转，科学家们比普通人群对此更加忧惧。当我问Church他曾有过关于Crispr最可怕的梦魇是什么时，他嘟囔着一些关于武器和突然停止之类的字眼。他说，不管他的梦靥的详细内容是如何，他都想把它们带进坟墓。然而，仍有上千名科学家在研究Crispr，在他们之中并没有人持有如此谨慎的态度。“你不能阻拦科学进步，”Jinek说，“科学就是科学。”他的论断是正确的。科学能够赋予人力量。然而，这力量是难以估量的。
本文原载于《连线》杂志八月刊，原文标题《创世引擎：简易的基因编辑技术正在重塑世界》，作者 Amy Maxme。
清单（worldlist）翻译出品，翻译：雨西。人工智能站授权转载。
原文标题《创世引擎：简易的基因编辑技术正在重塑世界》 原载于《连线》杂志八月刊 文 | Amy Maxme 译 | 雨西
在毗邻加州蒙特雷半岛的土地上，绵延着方圆上百英亩的沙丘，而带刺的杂草和蓬乱的松树正匍匐在阿斯罗马会议场馆的工艺美术大楼间。此地崎岖不平，使人不禁思索，人类自身在地球上已进化到何种程度。因此，1975年140名科学家聚集在这里召开的那场前所未有的会议对人们来说并不奇怪。 那时，他们正为被人们称作“重组DNA”这项关乎生命源代码的操作而忧心忡忡。仅在22年前，詹姆斯·沃森、弗朗西斯·克里克，还有罗莎琳德·富兰克林才提出DNA的构成——DNA的本质是脱氧核糖核酸。四种被称为碱基的结构和磷酸黏着在一起构成基本骨架，并且这上千对碱基按一定顺序进行排列。DNA是由基因组成的，而基因则是遗传的基础。 为了解决解码基因或重组基因可能带来的困扰，杰出的基因研究者如之后在麻省理工学院的戴维·巴尔的摩也来到了阿斯罗马。将从一种生物身上提取出的基因植入另一种生物体内，这仿佛是上帝才能拥有的神奇能力。如果这种力量被正确地利用，那么数百万人将能看到生命的曙光。但是这些科学家们也知道，他们的创造物也可能超出他们的控制范围。他们希望能够严肃谨慎地划分出禁区的界线。 一直到1975年，其他科学领域如物理学曾一度受到极大的限制。比方说，几乎没有人受到研究原子弹的许可。但生物学的待遇则截然不同。生物学家们仍旧在曲折的道路上追逐自己的研究目标。但在纽伦堡事件、塔斯基吉梅毒试验还有人体辐射试验之后，监管部门也会回头审视他们的行为。外部执法部门曾经对生物学家们发出警告：不允许再做违背人性的事。然而阿斯罗马的会议宗旨则在于建立具有前瞻性的研究指导方针。
在会议结束之际，巴尔的摩和其他四位分子生物学家彻夜未眠，联合写出代表他们共同意愿的声明。他们设计了一系列方法来隔离具有潜在危险的实验。并且，他们认为克隆或者其他涉及危险病原体的实验行为都应该被禁止。有几位与会者担心人类世世代代改善自身种系的夙愿会就此改变。但大部分人认为他们的担忧太过遥远而显得不切实际。毕竟，操纵微生物已经相当困难了。然而，阿斯罗马的科学家们为生物研究制定的守则却不足以约束他们已有的构想。
在今年的早些时候，巴尔的摩与另外17名研究人员参加了另一个在加州召开的会议。这次会址位于纳帕谷的卡纳罗斯旅店。 巴尔的摩说：“参加这次会议给我带来一种往昔重现的错觉。”在那里，他再次和一些当今最顶尖的科学家们聚在一起，讨论基因组工程的潜在影响。
然而，先前存在的风险早已改变。每一位纳帕会议的与会者都能够接触到一项被称作CRISPR-Cas9的基因组编辑技术。这个名字里的第一个词CRISPR是clustered regularly interspaced short palindromic repeats （成簇的、规律间隔的短回文重复序列）的缩写，这个词被用于描述该技术的基因基础。Cas9 则是该项技术的关键蛋白。抛开技术层面的细节不谈，Crispr-Cas9能够实现任意基因在任意物种间的自由移植，甚至细菌的基因都能被植入人类的DNA内。“这是生物研究史上具有里程碑意义的事件，”巴尔的摩说，“它们可不是每天都会有的。”
这项技术已经得到了三年的发展和完善。通过它，研究人员已经成功逆转基因突变所致的失明，也成功阻止了癌细胞的增殖，并且使细胞免受HIV病毒感染。农学家们已经成功地让小麦抵抗白粉菌之类的有害真菌的侵袭。这项结果暗示着，在日益变暖的地球上，转基因谷物将要接过养活90亿人口的重担。生物工程师已经用Crispr来改变酵母菌的DNA，让其分解植物组织从而生产乙醇。他们希望这项技术突破能够让人类不再依赖石化产品。致力于发展Crispr的新兴公司已经展开了行动。那些医药、农业领域的国际大公司们也紧锣密鼓地展开对于Crispr的研发。两所美国的顶尖大学也为获得Crispr的基本专利而展开了激烈的竞争。Crispr会给你一个为你量身定做的熠熠生辉的未来——一块诺贝尔奖章，抑或是万贯家财。
这项革命性的技术和其他所有革命一样具有危险性。Crispr技术已经逾越了阿斯摩尔会议上所讨论出的界限。它能够让基因研究人员们实现先前让所有人担心的事情——设计婴儿、入侵型生物突变体、物种特异生物武器，以及其他带有末日隐喻的科幻事物。它给生物科学研究领域带来了全新的规则。但是没有人知道这些规则究竟是什么。或者说，没有人知道谁会是第一个打破禁忌的人。
人类改造基因以满足自身所需已经不算是新闻。但是Crispr能够开辟一条通往生命密码之源的捷径。很久之前，在人们还不知道基因为何物时，他们在某种程度上就已经开始做基因工程师的工作了。他们可以选择育种来赋予生物新的性状，比如甜味更足的玉米粒，令人心满意足的斗牛犬面孔。但是这种方法耗时长且成功率不高。到了20世纪30年代，人们开始迅猛地改造自然。科学家们用X射线来照射种子和虫卵，使变异如同炸开的弹片一样在基因组内四散开来。在上百个由射线处理过的植物和昆虫中，只要有一例呈现出科学家们想要的性状，它们就会被保留下来，得到精心的呵护与培养；而剩余的则会被丢弃。这就是当今红葡萄柚还有作为现代啤酒原料的大麦的来源。 改造基因组的风险已经在逐渐降低了。在2002年，分子生物学家们已经学会用锌指核酸酶来剔除或替代特定的基因。新一代技术使用的酶被命名为转录激活因子样效应物核酸酶（TALENs,即(transcription activator-like (TAL) effector nucleases的缩写）。 然而这样的培育过程不仅十分复杂，还需耗费极大的财力。而且科学家仅仅将其用于他们已熟知的分子结构，比如说老鼠和果蝇的细胞。基因组工程师们也已在继续寻找更好的实验对象。科学家们已经用基因组编辑技术使得小麦免于受凶恶真菌的侵袭。这样的农作物能够满足数十亿人的需求。 碰巧的是，这种酶的发现者并不是基因工程师。他们是仅受过基础训练的研究人员。这些人试图通过给地球上第一个生命的后代——被称作古生菌（Archaea) 的古细菌和微生物的基因组测序，从而揭开生命的起源之谜。在这些基础生物的内部，腺嘌呤A，胞嘧啶C，鸟嘌呤G，胸腺嘧啶T组成了DNA序列。微生物学家们注意到，其中有回环往复的重复片段——即回文现象。这些研究人员并不清楚这些片段的作用，但是他们知道它们是不寻常的。科学家们以他们特有的方式将这些集群重复回文命名为Crispr。
在之后的2005年，一位在丹麦食品公司Danisco任职的微生物学家Rodolphe Barrangou发现，该公司用于生产酸奶和奶酪的嗜热链球菌中也有一样的回文重复片段。Barrangou和他的同事们发现，在Crispr回文片段之间的不明DNA延伸片段能够和侵染嗜热链球菌的病毒的序列进行互补配对。和大多数生物一样，细菌也会受病毒感染而成为噬菌体。随后Barrangou的团队又发现，这些片段能够通过免疫记忆的效应来帮助细菌们抵御细菌的侵袭——如果一个噬菌体侵染了一个含有特定Crispr片段的细菌，这个细菌就会对其存有记忆并作出反击。Barrangou和他的同事们意识到，他们可以筛选出那些带有Crispr序列、能够抵抗日常病毒的嗜热链球菌来为公司节省开支。
随着更多的研究人员参与到给更多细菌的测序工作中，他们不断地在不同细菌内找到Crispr序列。并且他们发现，半数细菌细胞内都含有这段序列。同时，Crispr也被证实在大多数古生菌细胞内存在。但更加令人感到奇怪的是，一些Crispr序列并不能和普通的基因一样编码出最终产物蛋白质；相反地，它只能逆转录出单链遗传物质RNA（脱氧核糖核酸DNA是双链结构）。
这就引出了一个新假设。鉴于大多数现代动植物都在和RNA病毒作斗争，一些研究人员就开始猜测Crispr是否是一种原始免疫系统。UC伯克利的环境微生物学家Jill Banfield也是持有这种观点的科学家之一。在加州沙斯塔县早已废弃的里蒙奇矿里，有110摄氏度的酸性水。她在水里的微生物体内找寻到Crispr序列。但仅凭她一人之力是很难证明她的猜想是正确的。
幸运的是，全国最出名的RNA专家——生化学家Jennifer Doudna在校园另一隅工作。她的办公室拥有能够欣赏海湾和三藩市天际线的绝佳视野。自小在夏威夷长大的Doudna从未想过她如今会有这样的生活。她仅仅是出于对于数学和化学的热情而进入哈佛学习，之后她在科罗拉多大学完成了博士后学位。在科罗拉多大学，她实现了学术生涯早期的重要成就——她揭示了复杂的RNA分子可以和酶一样催化化学反应。
来自矿山的细菌激起了Doudna的好奇心。但在她仔细分析了其中的Crispr后，发现并没有任何迹象表明细菌与动植物共用一套免疫系统。可她仍然认为这个系统也许可以用于诊断测试。
Banifield不是唯一希望Doudna对自己的Crispr项目伸出援手的人。2011年，当Doudna参与一次在波多黎各的圣胡安市召开的美国社会微生物学会议时，有一位满头黑发的法国科学家满怀热情地问她是否介意移步到会议厅外部谈一谈。这位 Emmanuelle Charpentier女士是一位在瑞士于默奥大学任职的微生物学家。
当她们漫步在古城圣胡安的小巷中时，Charpentier提到，有一种与Crispr相关的Csn1蛋白似乎有些异常。它似乎会在病毒中寻找特定的DNA序列，随后像一把显微多刃刀一样把它们切成碎片。Charpentier希望Doudna能够帮助她弄清这种蛋白的工作机制。“不知为何，当她提到它（Csn1蛋白）时，我的脊梁骨冒起一股凉意。而现在我还能感受到这种兴奋。”Doudna说，“我只是有一种有好东西即将出现的预感。”
回到瑞典后，Charpentier在一间生物危害室里培养了一个化脓性链球菌的菌落。没有几个人乐意被化脓性链球菌所包围，因为它能够引发脓毒性咽喉炎和坏死性筋膜炎这些食肉动物才会患上的疾病。但是Charpentier的实验对象是臭虫，并且她在化脓性链球菌中找到了现在被称为Cas9的蛋白。这种蛋白充满神秘但又极其强大。Charpentier清理了菌落，提纯DNA，随后用联邦快递把样本寄给Doudna。
在 Charpentier和Doudna二人团队的共同努力下，她们发现Crispr能制造两条RNA链，而Cas9酶则能锁定它们。这两条RNA链的序列可以和病毒的DNA配对，从而像基因全球定位系统一样追踪这些序列。并且当Crispr-Cas9复合体到达目的地时，Cas9就能够发挥神奇的魔力：它能够改变自身的形状来截取DNA，并使用极其精准的分子手术刀将其切碎。
这就是关键所在：一旦他们将这个结构拆分开来，Doudna所带的一位博士后Martin Jinek就会把两条RNA链整合成一个片段——即Jinek能够控制的向导RNA。他可以用随心所欲地运用任意遗传密码来合成向导RNA，而向导RNA的来源并不局限于病毒，即任意生物都能够成为其来源。Jinek的向导RNA和Cas9蛋白的结合物在试管中展现了其作为可控的DNA切割器的能力。与TANLENs和锌指核酸酶相比，这相当于用一把生锈的剪刀来换取计算机控制的激光刀。“我仍旧记得，在伯克利碰到几位同事时，我兴奋地告诉他们我们得到了绝妙的结果。但我认为他们并没有领会其中价值。”Doudna说，“他们仅仅是在迎合我说：‘噢，是吗，那太好了。’”
Doudna的团队于2012年的6月28日在Science杂志上发表了其研究成果。在论文和早前的相关专利申请中，他们建议将他们的技术用于基因组工程。这种技术价廉物美，就连一个本科生也能自如地使用。
这项发现受到了人们的关注。在2012年的前十年，只有200篇论文提及Crispr，而到了2014年，相关论文数目翻了三番。Doudna和Charpentier各自也被授予2015年的生命科学突破奖，并获得了300万美元的奖金。《时代》杂志将这两位科学家列入世界上最具影响力的100人之列。如今，再没有人会搪塞Doudna了。
Crispr能够带来蚊虫和疟疾的末日。但是，蝙蝠和其他食蚊生物该如何面对这一剧变呢？超出研究计划的结果往往是一场危险的游戏。在大多数周三的下午，美国哈佛-麻省理工博德研究所的一位分子生物学家张锋都在扫描Science最新的线上文章。2012年，他也在研究Crispr-Cas9。那么在看到Doudna和Charpentier的论文时，他是否感觉自己被人抢先一步了呢？其实，他对此并没有太多顾虑。“我没有什么想法，”张锋说，“我们的目标是做好基因组编辑。然而这篇论文却与此没有太大的关联。”Doudna的团队仅仅是对漂浮在试管里的DNA进行切割，而对于张锋来说，如果没有将人类细胞作为研究对象，那么Doudna的研究价值就没有那么大。 这般严肃是张锋的典型态度。他在十一岁时，就随双亲从中国来到爱荷华州的得梅因市。他的父母都是工程师，一位是计算机工程师，另一位是电子工程师。他在16岁时就成为了爱荷华卫理公会医院的基因治疗研究院里的一名实习生。在他高中毕业之时，他已经获得多项科学奖，包括英特尔科学奖的第三名。 当Doudna谈及她的职业生涯时，她详细地罗列出她的导师们；而张峰则从他高中时代的所获奖项开始，列出他的个人成就清单。Doudna似乎是一个直觉敏锐且更偏爱疏松的管理方式的人，而张锋其人则非常强势。我们约好在9点15分进行视频聊天，他提醒我说我们会在几个小时内一直谈论数据。“请先好好睡一觉。”他说。
如果新的基因在消灭疟疾的同时也致使蚊子灭绝，那么蝙蝠们该以什么为生呢？
2011年，张锋在29岁之际得到了博德学院的职位。不久之后，他在一次科学顾问委员会会议上听到Crispr这个名词。“那时我很无聊，”张锋说，“所以在研究人员发表演讲时，我就在Google上搜索它。”之后他赴迈阿密参加一场表观遗传学会议，但他几乎寸步不离自己的酒店房间。张锋花了大把时间来阅读关于Crispr的文献和在笔记本上勾勒出将Crispr和Cas9用于人类基因组的草图。“那真是个极其让人兴奋的周末。”他微笑着说。
就在Doudna的团队在Science上发表其研究成果之前，张锋申请了一笔联邦拨款用于将Crispr-Cas9应用于基因组编辑的研究。Doudna论文的发表促使他加快步伐，因为他知道这篇论文也会促使其他人试着去研究Crispr在基因组中会起何作用。然而，他想成为那个拨得头筹的人。
即便是Doudna这般安之若素的人，她在没有验证这套系统是否也适用于人类细胞的情况下，也急急忙忙地报告了自己的发现。“说实话，当你得到令人激动的结果时，没有人能按捺得住不发表出来。”她说。
在2013年1月，张锋的团队在Science杂志上发表了一篇论文。这篇文章阐述了Crispr-Cas9如何能够在人类和老鼠的细胞中编辑基因。在同一期杂志上，哈佛的基因学家George Church也使用Crispr来编辑人类细胞。当月，Doudna的团队也报告了将Crispr运用于人类细胞的试验取得成功。但是，张峰断言他的方法能够更好地切割和修复DNA。
这一细节十分关键。因为张锋曾请联合聘用他的博德学院和MIT以他的名义提出专利申请。众所周知，Doudna早在七个月前就提交了她的专利申请。但张峰的代理人在“加急”一栏打上了对勾，并为此支付了一笔费用。办理加急所需的费用一般在2000美金到4000美金之间。随后，博德学院的专利代理人和美国专利商标局进行了一系列的邮件沟通，代理人们坚持他们的申请与Doudna提交的申请的内容是不同的。
大约在那些关于人类细胞的论文发表的一年多以后，Doudna在上班途中被电邮告知，张锋、博德学院以及麻省理工学院已经获得了Crispr-Cas9作为基因组编辑工具的专利。“当时我十分震惊，”她说，“因为我们比他早了好几个月就提交了申请。”
博德学院的胜利引起了一场纠纷。在今年四月，加州大学修改了Doudna生命中与张锋版本重叠的部分，并寄了一封114页的申请书给专利局，要求启用专利抵触程序即召开听证会来决定，到底谁才是拥有Crispr的人。在欧洲，因其缺乏新意，有几群人对张锋的专利展开了争夺。张锋指明，他的拨款申请就是这个想法属于他个人的证明。他说，他本可以如法炮制Doudna的团队在2012年的研究，但他想要证明Crispr同样适用于人类细胞。对于这些纠纷，美国专利商标局也许会尽快在年底做出裁决。
这其中有相当高的风险。只要有公司想要进行微生物相关的业务，就得先获得张锋的专利许可证。尽管由专利使用权产生的费用高达数十亿美元，相关产品则具有更大的价值。随便拿个例子来说：1983年哥伦比亚大学的科学家得到了一项叫作并发转化（cotranformation）技术的专利。这种技术能够将外来DNA导入细胞。直到2000年专利过期之时，他们已经创造了79亿美元的收入。
尽管鹿死谁手还未成定局，以Crispr为技术核心的公司纷纷成立的趋势证明了其巨大潜力。2011年，Doudna和一位学生持更早得到的Crispr专利创办了Caribou公司。加州大学为Doudna提供了她想要的独有专利证书。Caribou公司利用Crispr制造工业原料和研究材料，比如说可能用于洗涤剂和实验室用试剂里的酶。Caribou公司还成立了另一家生物科技公司Intellia Therapeutics，并发给它Crispr-Cas9的专利从属证书。这家公司专攻疾病，被长期用于吸纳由Crispr-Cas9带来的经济收入。制药巨头诺华公司在这两家公司都投入了资金。在瑞典，Charpentier与人合办了Crispr Therapeutics公司。而在马萨诸塞州的剑桥，张锋、George Church和其他一些人，凭借他最终取得的专利证书创办了生物医药Editas Medicine。
到目前为止，这四家公司至少已经募集了1.58亿美元的风险投资。
在科学界对Crispr议论纷纷之时，一场专利追逐赛正在进行，人人都想将这价值数十亿美元的专利权收入囊中。一般来说，不管后代得到的基因复制品是来自父亲或者母亲，任何基因只有一半的可能性会被传递到下一代。但是在1957年，生物学家们发现了例外。有些基因在控制细胞分裂的同时，也混入数目更大的后代之中。这样的做法与一个基因单独碰运气相比，使其获得更大的可能得以流传到下一代。 十年前，进化遗传学家Austin Burt提出用一种不太“光彩”的手段来使用这些“自私”的基因。他建议先用一个个体来单独圈养用于在整个种群中传播的基因。如果成功，就可以在给定范围的区域内让所有个体都携带上这种基因。那么目标基因就可以像一辆车队里的豪华轿车一样，无视遗传的交通规则而在种群中飞速传播。Burt认为这样的“基因驱动器”可以用于控制传播疟疾的蚊虫，疟疾每年都能夺取上百万人的生命。这是个绝妙的想法。实际上，其他研究人员已经在使用别的方法来改造蚊虫，从而抵御疟疾的根源疟原虫。并且他们也希望，能够降低蚊虫的繁殖能力从而减少它们在野外的数目。但是人工设计的蚊虫造价十分昂贵。而且，如果研究人员们没有投放足够的人工蚊虫，那么普通蚊虫会很快卷土重来。
通过基因驱动器和普通蚊虫来加速修饰过程完全没有可行性。实现这个想法的瓶颈在于，将基因驱动器植入蚊虫体内是不可能的。然而Crispr-Cas9的出现打破了这一僵局。
现在，在哈佛公共卫生学院，有一间实验室由四道紧锁的门重重把关。在实验室里，一群特殊的非洲冈比亚按蚊幼虫正蠕动在一盆浅水的表面。它们并非普通的疟蚊。这个实验室的研究人员们正尝试着使用Crispr技术将抗疟疾基因驱动器植入这些蚊虫的基因组里。如果从蚊虫的角度来看待这种方法，它还未成功，但一旦它成功了……这个项目不仅仅是要再改造它们其中的一只，而是要对全体进行重新改造。
Kevin Esvelt是启动这个项目的进化工程师，他知道这项工作承载着极高的风险。因为其中基本的过程能够消灭任何物种。在未来，科学家们必须耗费数年时间来研究这些蚊虫，以确保基因驱动器不会被传递到其他种类的蚊虫种群中。并且，他们还想知道一旦基因驱动器使蚊虫灭绝了，蝙蝠以及其他食虫动物会受到怎么样的影响。“在打开一罐带有基因驱动器的蠕虫时，我必须对此负责。”Esvelt说，“这就是为什么我试图确认科学家们已经做好预防措施，来证明他们值得公众的信任。也许我们并没有获得如此信任的资本，但是我正在付出最大的努力进行尝试。”
Esvelt和他的导师Church讨论过这个项目。而Church本人也曾和张锋共事过。他们曾决定在基因驱动器技术研发成功之前，先把这一构想发表出来。他们想先制定远远超出禁忌的预防措施。他们写道：基因驱动器研究应该在实验对象非本地物种的地方进行，这样才能减少逃逸的样本在当地生存下来的可能。并且，针对已改造个体与当地物种交配的情况，他们也提出了一种基因层面的落日条款，即关闭基因驱动器。Esvelt为Crispr基因驱动器申请了专利，他说这是为了在一定程度上阻止某些不采取预防措施的公司也来分一杯羹。
在一年之内，加州大学圣地亚哥分校的生物学家在没有参考Esvelt论文的情况下，已经运用Crispr将昆虫基因驱动器植入果蝇体内，并将其称为“突变链反应”(mutagenic chain reactions)。他们为了做研究已经逾越了五道门的界限，但是他们并未做好预防措施。Church说，这些圣地亚哥的研究人员太急功近利。一位科学家甚至夸下海口说，他计划从冰冻尸体中提取基因，再用Crispr技术将其注射入大象胚胎，从而复活灭绝已久的长毛象。（Church说，培养单只长毛象比处理一个快速繁殖的种群更让人放心一些。“我对这一切都感到十分担忧，”他说，“我鼓励人们在思考可能的实验结果同时，也去尽可能地去思考他们实验会带来怎样超人预料的后果。”）
Ethan Bier也曾经参与了加州大学圣地亚哥分校的果蝇研究项目，他也同意基因驱动器具有一定的风险。但他也指出，Esvelt培养的蚊虫体内也没有Esvelt本人主张的遗传屏障（平心而论，这与基因驱动器的目的背道而驰。）。并且据他所说，所谓的生态屏障是一派胡言。“在波士顿夏天炎热潮湿的气候条件下，也许热带蚊子不是本地物种。但这并不代表它们不能生存于此。”Bier说，“如果一只怀孕的雌蚊逃逸了，她和她的后代能够在一滩积水里繁衍生息。那么它们就有可能飞进波士顿港的船只里，并借由船只去到巴西。”
这些问题并不仅仅局限于蚊虫这一物种身上。Crispr的优势之一就是它能够被运用于任意生物。这种力量让Doudna感到她已经打开了潘多拉的盒子。比如说，在胚胎还是一团细胞之时，就能够用Crispr在子宫内治疗亨廷顿综合症（一种神经系统衰弱症）吗？也许可以。但是同样的方法也可能被应用在改造例如导致皱纹的基因。这种基因与医学研究关联不大。“我们没有时间像一个团体一样坐下来讨论其中的伦理道德和安全性。”Doudna说，“说实话，我们也没有讨论过，这种方法与其他治疗遗传疾病的方法相比，是否真的有临床意义上的益处。”
中国的研究人员宣布他们已经使用Crispr来编辑人类胚胎。这就是Doudna在纳帕召开会议的原因。阿斯洛马会议企图解决的重组DNA问题又卷土重来，而且情况更加紧急。如果这些科学家们还拿不准主意该怎么处理它们，那么别的监管机构可能会插手。包括巴尔的摩在内的一些研究人员希望国会能够制定规范科学的法律。“法律无情，”他说，“只要法律得到通过，废除它就难了。” 换句话来说，如果生物学家们还没开始考虑道德问题，那么给他们提供资金援助的纳税人会替他们来考虑这些问题。 如果每位科学家都参加了会议，这些考量才有意义。在纳帕会议的前一个月，来自中国广州中山大学的研究人员宣布，他们已经用Crispr来编辑人类胚胎。他们的目的是寻找导致β-地中海贫血的突变基因。β-地中海贫血是一种使病人本身无法合成健康红细胞的疾病。 然而他们的尝试并没有成功，Crispr在胚胎中并不能像在独立细胞中一样定位基因。中国的研究人员们试图通过研究无法发育的胚胎来规避伦理问题。也就是说，这些胚胎永远不会发育到分娩期。然而他们的工作却受到了关注。一个月之后，美国国家科学院宣布在胚胎工程获得许可之时，它将为科学家们、政策制定者们以及监管机构提供一系列的建议。另一篇国家科学院的报告则将重心放在基因驱动器上。尽管这些建议并不具有法律效力，联邦资助在某种程度上决定了科学的走向。并且世界各地为研究提供资金的机构也需要遵从科学院的指导方针。 学术界和制药公司的实验室已经开始研发以Crispr技术为基础的研究工具，比如肿瘤鼠。肿瘤鼠是一种绝佳的化疗方法实验体。在麻省理工学院，一个和张锋一起工作的团队运用Crispr-Cas9在几周之内就培养出罹患肝癌的小鼠。在过去，要完成这件事需要花费一年以上的时间。其他团队正在研究，如何利用单一基因变异的细胞来确认药物在不同条件下效果不稳定的原因。张锋的实验室也运用该技术试图解开基因多样性使人类的身体排斥为非罗尼（Vemurafenib，一种黑色素瘤药物）这一难题。经他辨认过的基因也许能够给药物研发人员提供研究方向。
其实，真正的财源在于治疗人类。比如有些实验室在研究一种被称作“精英控制者”的遗传学现象。“精英控制者们”的HIV检测结果为阳性，但他们从未表现出患上艾滋病的迹象。研究人员使用Crispr可以敲除一种叫作CCR5的基因。这种基因制造的蛋白能作为HIV病毒进入细胞的中介。你完全可以把别人变成一位精英控制者。或者你也可以直接用Crispr定位HIV病毒来进行治疗，那么疾病就会“不药而愈”。
但是直接编辑胚胎的做法已经触发多种来自道德和法律层面的警告。这种做法与美国国立卫生研究院的政策背道而驰，并且也违背了联合国《世界人类基因组与人权宣言》的精神。（当然，当美国政府声称它不会赞助任何人类胚胎干细胞研究时，个人就会募集数百万美元来完成他们自己的研究。）诚然，在成功设计人类之前，还有漫漫长路要走，但人们已经不再认为这是天马行空。
即使科学家们从未尝试设计婴儿，在今日看来，四十年前在阿斯罗马会议上涌现的担忧却更富预见性。世界早已改变。“基因组编辑的诞生归功于一些大型实验室所作出的不懈努力，研究人员们尝试一千次也只能获得一次或两次的成功。”斯坦福大学的生物伦理学家Hank Greely说。“如今，一个人只要拥有学士学位，再加上价值数千万美元的设备就能完成基因组编辑。过往的天方夜谭在如今已是家常便饭。这是至关重要的。”
在1975年，还没有人会关心转基因蔬菜是否会受到市场欢迎，也没有人能够测试一个未出生婴儿的基因或者对其进行测序。而如今，投资者们一窝蜂地将转基因产品推进市场。关于Crispr的理念已深深渗透进现代文化中。
但如今却出现了奇怪的反转，科学家们比普通人群对此更加忧惧。当我问Church他曾有过关于Crispr最可怕的梦魇是什么时，他嘟囔着一些关于武器和突然停止之类的字眼。他说，不管他的梦靥的详细内容是如何，他都想把它们带进坟墓。然而，仍有上千名科学家在研究Crispr，在他们之中并没有人持有如此谨慎的态度。“你不能阻拦科学进步，”Jinek说，“科学就是科学。”他的论断是正确的。科学能够赋予人力量。然而，这力量是难以估量的。
本文原载于《连线》杂志八月刊，原文标题《创世引擎：简易的基因编辑技术正在重塑世界》，作者 Amy Maxme。
清单（worldlist）翻译出品，翻译：雨西。人工智能站授权转载。