细胞沉甸甸的:新的基因编辑工具诞生 吹散最后的乌云

从1968年首次发现限制性内切酶、1985年发明聚合酶链式反应(PCR)到2013年CRISPR介导的基因组编辑技术的突破，每一次生物技术的新突破都进一步提高了人类研究DNA和设计生命蓝图的能力(图2)。特别是最近开发的基因魔剪技术CRISPR-Cas可以对活细胞进行全面的基因组编辑。这为科学家通过编辑基因组中的突变基因来治疗以前无法治愈的遗传疾病开辟了新的可能性。

图2重大生物技术发现的历史时间表(来源：韩国基础科学研究所)

然而，尽管基因编辑技术在核基因组方面取得了巨大成功，但科学家在编辑线粒体基因组方面始终没有取得突破。线粒体，即所谓的细胞发电站，是细胞中微小的细胞器，可以作为能量生产工厂。因为它是能量代谢的重要细胞器，如果基因发生突变，会导致与能量代谢相关的严重遗传疾病。基因组工程中心主任金镇洙解释说，线粒体DNA的缺陷会导致人体出现一些非常严重的遗传疾病。例如，导致双眼突然失明的莱伯遗传性视神经病变(LHON)是由线粒体DNA的单点突变引起的。

另一种与线粒体基因有关的疾病是线粒体脑肌病(MELAS)，它伴有乳酸酸中毒和中风样发作的症状。这种病会慢慢破坏病人的大脑。研究甚至表明，线粒体DNA异常也可能是阿尔茨海默病和肌肉萎缩等退行性疾病的原因。

人类的线粒体基因组是母系的，线粒体DNA有90种已知的致病突变，每5000人中至少会有一人受到影响。由于线粒体传播的限制，很多现有的基因组编辑工具无法使用。比如CRISPR-Cas平台不适合编辑线粒体的突变，因为引导RNA本身无法进入细胞器。

另一个问题是缺乏这些线粒体疾病的动物模型。金补充说，这是因为目前不可能设计出创造动物模型所需的线粒体突变。缺乏相关的动物模型使得开发和测试这些疾病的治疗方法非常困难。因此，开发可靠的线粒体DNA编辑技术已成为基因组工程的前沿技术任务之一。多年来，世界上最优秀的科学家一直致力于这项技术的发展，探索并试图征服所有已知的遗传疾病。