2014年度10大改变世界的革命性技术

基因编辑更快、更准确、更简单

2012年，由乌玛大学的伊曼纽尔·夏彭蒂尔和加州大学伯克利分校的珍妮弗·杜德纳领导的研究人员报告说，他们发现了细胞中的一种遗传机制，这种机制使科学家能够以前所未有的速度和非常简单的过程编辑基因组。此后不久，哈佛大学和麻省理工学院的一个研究小组使用这种技术一次修改了细胞基因组中的多个位点。

这项先进技术加速了基因工程产业的发展，并对遗传学和医学产生了深远的推动作用。科学家现在可以在几周内根据需要定制转基因实验动物，节省了前一年的工作量和时间。目前，研究人员正在利用这项技术探索艾滋病、阿尔茨海默病、精神分裂症和其他疾病的治疗方法。这项技术使得生物体的基因改造过程变得非常简单和廉价，研究人员和伦理学家甚至开始担心这会导致负面影响。

这种技术被称为CRISPR，是“聚集的、规则间隔的短回文重复序列”(即聚集的、规则间隔的短回文重复序列)的缩写。利用这个序列，细菌可以“记住”入侵它的病毒。自从日本科学家在20世纪80年代末发现CRISPR以来，科学家们一直在研究这个奇怪的基因序列。然而，CRISPR并没有显示出它作为基因组编辑工具的巨大潜力，直到Durna和Carpentier偶然发现了一种叫做Cas9的蛋白质。

克里斯普大胆地踏上了商业化之旅。研究人员和商人正在设想这项技术的新商业用途。有些想法甚至是傲慢的。使用这种技术，医生可能能够在早孕妇女中重建与唐氏综合征相关的异常染色体。育种者可以将对除草剂敏感的基因重新引入抗性杂草的基因组。我们也可以复活灭绝的物种。当然，这会让一些人感到害怕。例如，最近有一些警告性的头条新闻将这项技术描述为“扮演上帝的好方法”或者“瓶子里的恶魔”。这些文章担心，当我们急于消灭疟蚊，急于治愈亨廷顿氏病，或期望“设计”一个更好的婴儿时，我们也可能在创造一个充满有害新基因的“侏罗纪公园”。

可编程单元

通过轻轻挤压细胞，一些大分子或纳米材料可以进入细胞，从而改变细胞的运作。

在微流体领域的创始人之一克拉夫·延森和生物领域的另一位先驱罗伯特·朗格的领导下，麻省理工学院的研究员阿蒙·沙里开发了一种由硅和玻璃制成的微芯片。在芯片表面，细胞流动的通道被预先蚀刻。随着细胞流动的方向，通道逐渐变窄，直到细胞不能继续前进。此时，被卡住的细胞会因挤压而变形，细胞膜上会出现小孔。这些孔的直径对于许多能改变细胞操作的介质来说足够大，例如蛋白质、核酸、碳纳米管等。

这项技术甚至可以成功地将培养基引入脆弱的干细胞和免疫细胞，这些细胞无法承受以前挤压方法造成的破坏。沙拉说:“我们都对这项技术可以应用的细胞种类感到惊讶。

自从这项技术出现以来，沙拉的研究小组已经开发了16种适合不同细胞的芯片。当然，会有更多的芯片相继问世。此外，在现有每秒挤压500，000个单元的基础上，相关设备的处理效率也将通过上一段楼梯来实现。该团队成立了一家名为SQZ Biotechnology的公司，将这项技术推向市场。来自法国、德国、荷兰和英国的研究人员预计将很快使用这项技术。