基因编辑是什么意思？

虎威将军

基因编辑是什么意思？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/303757200

队长是我

老百姓有句俗话“爹怂怂一个，娘怂怂一窝”。这个从智力层面来说不一定，但是从运动能力来说可能有一定道理。因为我们遗传父母基因并不均匀，细胞核染色体里边的DNA确实基本是双亲各出一半，包含着大约两万个基因。

然而，每个细胞内，除了染色体外，线粒体也包含37个基因。虽然数量稀少，但是十分关键，因为线粒体是细胞的发动机，提供生命最基本的能量。然而就是这么重要的线粒体DNA，偏偏只从母亲遗传。所以考察运动员苗子，需要看看她/他的母亲和外婆。






那么问题来了，这37个基因历经千挑万选，都是非常重要，容不得太多变化，以至于跳过了有性生殖的组合。但是一旦发生有害突变，就很容易造成重大疾病，从耳聋，视神经萎缩、肌肉疾病到癌症、帕金森、糖尿病、心脏病等。

CRISPR–Cas9是近年来横空出世的基因编辑工具，通过对人体进行“转基因”操作，可以让先天基因缺陷的患者获得一线生机。如此神器在线粒体里却没法施展，主要是Cas9蛋白需要有个RNA在前边引路，这个RNA被线粒体里边千沟万壑的结构搞得转运不顺畅。

峰回路转，2018年，华盛顿大学微生物学家Joseph Mougous团队发现了一个“奇怪”的酶。其实是由伯克霍尔德氏菌（Burkholderia cenocepacia）产生的一种生物毒素（DddA）。此毒的工作原理是把DNA胞嘧啶（C）转成尿嘧啶（U），然后在转换成胸腺嘧啶（T）。回忆下初中知识，A配T，C配G，这一改变可就能实现各种修改了。







美国Broad研究所David Liu（刘如谦）在这个基础上，想到既然这个毒物可以免除CRISPR系统，那岂不是能直接编辑线粒体DNA了。随即开始实验，2020年7月8日发表在《Nature》杂志上。

这只是早期细胞学研究，距离临床还早，不过未来的线粒体病人，主要是小朋友了，还是看到了光明的未来。

说到这，喵咖又腹黑了，如果线粒体基因能够编辑，那还要啥兴奋剂啊。只要稍加改造提高能量供应，在体育比赛中就是碾压优势。以后奥运会除了验尿，还要基因测序了。

引文：
1. Abacterial cytidine deaminase toxin enables CRISPR-free mitochondrial baseediting https://www.nature.com/articles/s41586-020-2477-4
2.Reproductivemedicine: The power of three https://www.nature.com/news/reproductive-medicine-the-power-of-three-1.15253

靠谱的健康医疗科普节目

队长是我

基因编辑，顾名思义，就是在基因层面进行编辑。主要利用ZFN、TALEN、CRISPR技术（现阶段CRISPR技术因操作简单逐渐成为主流）对DNA进行敲除、插入、替换，已经有较高的效率和精确性，但仍然有很大的提升空间。

继续前进

曾经在知乎上看到一个回答，用汽车和制造蓝图来比喻生物研究方法。我这个前搬砖本科生也借用这个直观的比喻来回答一下这个问题。

如果说生物（以细菌为例）是一辆汽车，那么基因就是制造蓝图。（只不过细菌是会自我复制的汽车）。
编辑基因就是编辑蓝图。比如切掉蓝图的一部分，在喜欢的地方加上一部分，把这个地方的蓝图拷贝到那里去，把这种汽车的这部分蓝图拷贝到另一汽车的蓝图上看能否通用等等等等。
而生物与基因关系的最直接研究方法就是涂抹掉蓝图（基因）上的一部分，然后观测汽车（生物）的运行出了哪些变化和问题，以此来确定被涂抹掉的蓝图部分的功能。之后就是运用已知功能的蓝图来改造旧的汽车，制造新的汽车。

比如说我在野生的W汽车总蓝图上涂抹掉四个重复的蓝图whl，我观测到汽车不能动了，那我得出结论，有60%的可能这四个重复的蓝图whl关系到汽车的行驶。
然后我又观测到在所有的汽车蓝图上都有这四个重复的whl，少数比较大的有5个，少数比较长的有6个，少数很坚挺的甚至有5对。但是涂抹掉后，基本都不能行驶了。那可能性上到70%。
然后我又在被涂抹掉的W蓝图上的同一个位置装回1个，2个，4个，6个等不同数量的whl。我发现，装回1个的还是不能动，但是可以旋转了。装回2个的有一小部分回复行驶了，但是速度慢。装回4个的基本ok了，装回6个的有的速度变快了，有的速度变慢了，有的不能动了。那可能性上到80%，且，这个东西还可能涉及到汽车的转向。但具体原理和模型还需要新的科学手段和方法继续研究。
新的研究方法（比如说荧光蛋白基因gfp）被开发出来了。我给这四个重复的whl后加一个gfp，我观察到，这四个WHL均匀的分布在A汽车的四个角落，且能观察到旋转的光呈圆形。我把这部分蓝图取名叫wheel蓝图，产生的结构叫WHEEL
最后，我通过详细实验，分别敲除后解析出了whl总蓝图里的轮毂，内胎，外胎，螺丝等次级蓝图和产生的结构（各种基因和一次二次三次四次蛋白质结构）。我确认了原理，结构，系统等等。恭喜，研究成果出来了。然后开始比对各个汽车蓝图上的差异，得到进一步的详细情况。
最最后我开始运用这项成果。把好汽车的蓝图复制拷贝到各种差汽车蓝图上。（转基因食物），把好汽车蓝图拷贝到先天蓝图缺失的汽车上（基因治疗），装一百个空气净化器在一辆汽车上（基因制药），把差汽车蓝图装到自行车上（基因疾病模型动物的建立），装一百个油箱到一辆汽车上（基因生物矿化基因生物吸收）等等等等，太多太多。


这就是基因编辑。也叫作基因工程。

检验医师

一个可能不太恰当但是比较直观的比喻……
假设基因是一个装在生物体的硬盘里面的程序。这段程序能决定人/动物/植物长成什么样、身体怎么样。
这个程序超长、超复杂，每个生物体都不完全一样，甚至同一物种的各个个体也不完全一样，有的程序还存在一些bug，或者优化做得不够好。
（1）杂交：
把两个程序都拷到硬盘里，当水稻长茎的时候A程序在支配生长，当水稻长谷穗的时候B程序在支配生长。
（2）太空育种/辐射变异：
准备100000台电脑，让100000只猫在电脑键盘上踩踩踩，删啊改啊，获得了100000个新程序。然后挨个运行这100000个新程序，当然大部分一运行就蓝屏，但或许能有一个程序不但没蓝屏反而运行得比以前更快了。
（3）转基因：
把A程序当中复制一段代码，粘贴到B程序里头。
其实这时候我们还看不懂代码，所以其实是把A程序的几十个模块的代码都试着粘贴一遍，哪一个代码粘贴过去之后，程序运行得更快了，那就对了。
（4）基因编辑
到这时候，我们看得懂程序代码（至少是看得懂一部分程序代码）了，于是，我们打开程序，修改里面的代码！
基因编辑技术又分很多种、难易各不同，最近很火的那个事件，属于基因编辑中的——
（4-1）基因敲除
就是人们看懂代码之后，觉得这一行代码完全是无用的或者是有害的，打开源代码，del掉。
此外，基因编辑的方式还有（4-2）同源重组；（4-3）同源加入，等等，都比4-1难做，目前都还做不好。
（5）人工创作基因
就是从define啊，main啊开始写起，生生创作出一个程序（一个物种）。这是目前人类能想到的终极基因工程手段，至于什么时候实现？30年后再说吧。

大力水手

简单讲就是改变基因