[正版]第一推动丛书·破天机 《基因传》作者悉达多·穆克《乔布斯传》作者艾萨克森,诺奖得主文奇•拉马克里希南联袂

作者简介：

珍妮佛·杜德娜（JENNIFER A. DOUDNA），博士，加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系、化学系教授，霍华德·休斯医学研究所研究员，劳伦斯·伯克利国家实验室分子生物物理学与整合生物成像部研究员。2020年，因在基因编辑领域的卓越贡献而被授予诺贝尔化学奖。她是RNA与蛋白质生物化学、CRISPR生物学与基因组工程方面的专家，美国科学院、美国艺术与科学院院士。

塞缪尔·斯滕伯格（SAMUEL H. STERNBERG），博士，生物化学家，哥伦比亚大学生物化学与分子生物物理学系助理教授，曾发表过多篇关于CRISPR技术的高影响力论文。

目录：

序言：巨浪涌来 1. 寻找解药

 2. 细菌的新防御机制

3. 破译密码

 4. 指挥与控制

5.CRISPR 生物园

 6. 治病救人

 7. 盘算

8. 接下来呢

尾声：新起点

致谢

注释

内容推荐：

生物世界的基本规律之一是演化，演化的核心机制是自然选择，自然选择的基本单位是基因。

亿万年来，细菌在与病毒经久不息的鏖战中，演化出了一套适应性免疫系统：CRISPR。换言之，细菌会“记住”病毒的DNA序列，等后者再次入侵时予以反击，切断其DNA。亿万年后，生物圈的后来者——人类——认识了基因，解析了DNA的双螺旋结构，学会了“阅读”基因。现在，有了CRISPR这把利器，人类又更进一步，可以轻松“编辑”基因了。这意味着，在未来，理性设计将逐渐取代自然选择，成为生物演变的动力。人类已经有了重塑生物圈（包括人类自己）演化的惊人力量，但我们要如何承担这份责任？

CRISPR的发现与发展，是生物学进入21世纪以来最激动人心的故事，没有之一。CRISPR技术的先驱杜德娜与亲历者斯滕伯格，回顾了基因编辑技术的发展史，展望了未来的发展趋势，并梳理了相关社会与伦理议题。本书值得所有关心生物技术与人类命运的人阅读。

试读：

序言

梦里，我站在海边。 左右两侧的沙滩上，黑白相间的沙子沿着海岸线向远方铺开，围出一个海湾的轮廓。这时，我意识到，这是夏威夷岛的海岸线，是我长大的地方：西洛湾。每逢周末，我和小伙伴都会来这里，看皮划艇比赛，捡贝壳，不时也会在岸上捡到日本渔船落下的玻璃珠。 但是今天，没有小伙伴，没有皮划艇，也看不到渔船。海滩空无人影，水面波澜不惊，安静到有点不自然。在水天交界处，天光与海水嬉戏，这似乎缓解了我的恐惧�8�8自从懂事起，我就一直怀着这种恐惧。事实上，西洛岛的每一个居民，无论年龄大小，都有这种恐惧。 我们这代人在成长过程中没有经历过海啸，但是我们都见过海啸 照片。我们知道，西洛岛正处于海啸途经的地带。 果然，远远地，我看到了一排浪花。 一开始它很小，但每过一秒它都在变大，我眼看着它开始耸立， 直至白浪滔天。在它后面，还有更多的浪，向海岸涌来。

我吓坏了，但随着海啸临近，我的决心战胜了恐惧。我注意 到身后有一间小木屋，这是朋友普阿的家，屋子前面有一堆冲浪板。 我抓起一个，跳进海里，滑进海湾，绕过防波堤，一头扎进浪花。我成功躲过了第一个大浪，没有被它掀翻，等我从浪的另一头出来的时候，又沿着第二道大浪往下滑。这时，我看到了一片美景�8�8近处 白山，远处的长山，耸立着，直入云霄，似乎在保护着海湾。 我一激灵后醒来，意识到自己正躺在加利福尼亚（以下简称加州）伯克利市的家里，与夏威夷远隔数千英里（1英里≈1.6千米）。 这是2015年的7月，当时正是我这辈子至今最兴奋难当的一段日子，我开始经常做这样的梦。回头来看，梦境的深层含义不难理解。 当然，海滩是想象出来的；但是波浪，以及它们激起的情绪跌宕——恐惧、希望、惊叹——比真实。 我叫珍妮佛·杜德娜，是一位生物化学家，职业生涯的大部分时 间都是在实验室度过的。我研究的课题，除了本领域的专家，外人知 之甚少。不过，在过去五六年里，我进入了生命科学里一个划时代的 研究领域，它的进展之快超乎想象，研究成果也迅速从学界转化到社会。我和同行惊叹于它的巨大力量，这丝毫不亚于我梦中的海啸。不过，这一次的巨浪，我也曾为它推波助澜。 几年来，我参与筹建过几个生物公司。到了2015年夏天，它们的成长速度远远超出了我的想象。但是，这个领域的影响力远不止于此，因为受影响的不仅仅是生命科学，更是地球上的所有生命。

本书讲述的就是它的故事，也是我的故事，但更是你的故事。因为很快，它就会影响到你。 数千年来，人类一直在不断地改造自然界，但是从来没达到今天 这么剧烈的程度。工业化导致的气候变化正在威胁全球的生态系统，再加上其他的人类活动�8�8它们共同导致了物种的加速灭绝，地球的生物多样性锐减。种种变化促使地质学家提议，把这个时代叫作“人类世”。 与此同时，生物世界也在经历着由人类引起的深刻变革。数百万年来，生命遵循着演化的原理而演变：生物随机产生一系列的遗传突变，其中一些为生存、繁殖和竞争赋予了优势。事实上，直到最近， 我们人类也一直被演化塑造。自从一万多年前农业出现，人类就开始通过选育动植物撼动演化的进程；但是演化需要的原材料，即，一切遗传变异背后的DNA（脱氧核糖核酸）随机突变，仍是自发产生的，人类的意志尚且干涉不到它们。因此，人类改造自然的能力是有限的。 今天，情况已大为不同，科学家已经完全掌握了控制遗传突变 能力。科学家可以使用强大的生物技术来修饰活细胞里的DNA，甚至改造这个星球上所有物种的遗传密码。在诸多基因编辑的工具中，最新，也可能是最有效的，当属CRISPR-Cas9（简称为CRISPR）1。

有了CRISPR，生物体的基因组（生物体的全部DNA内容）就变得像文本一样可以被编辑。 只要科学家知道了某个性状的基因，我们就可以利用CRISPR在它的基因组中插入、编辑或删除该基因。这比目前其他任何基因操作（gene-manipulation）技术都更简单有效。几乎一夜之间，我们发现自己站在了一个新时代的起点：在基因工程的领域，只有想不到，没有做不到。 目前，科学家已经在动物身上使用了这种新型基因编辑工具，并且取得了许多进展。比如，科学家利用CRISPR制造出了一种的小猎犬，它肌肉发达，像是犬类里的施瓦辛格，而科学家改变的只是参与控制肌“基因增强版”肉形成的基因的一个碱基对。在另一个例子里， 通过抑制猪的身体里对生长激素起反应的基因，研究人员制造出了迷你猪，它大小接近家猫，可以作为宠物出售。科学家也在陕北山羊身上进行了类似的实验，使用CRISPR编辑了它的基因组，同时提高了肌肉含量（这意味着更多的肉）与含毛量（这意味着更多的山羊绒）。通过CRISPR，遗传学家已经把亚洲象改造得越来越像猛犸象， 或许有朝一日会复原这种已经灭绝的动物。 与此同时，在植物界，CRISPR也已经被广泛用于改造农作物的基因组。这为农业革命铺好了道路，将进一步显著提高人们的饮 质量，确保世界粮食安全。通过基因编辑，科学家已经制造出了抗病水稻、晚熟番茄、脂肪酸水平更健康的大豆，以及含有更少神经毒素的土豆。在实现这些目标的时候，食品学家并没有依赖杂交技术，而只是稍微调整了植物基因组的少数几个碱基对。

 基因编辑在动物和植物界中的应用固然激动人心，但它最大的潜力，以及它最大的风险，是在人身上的应用。 矛盾的是，它对人类健康的帮助可能也离不开在哺乳动物或者昆虫上的应用。最近，研究人员已经利用CRISPR来改造猪的DNA， 使它们更适于对人类进行器官移植，这意味着，有朝一日，动物可以为人类源源不断地提供移植器官。CRISPR也已经被用来改造一种蚊子，越来越多的野生蚊子将无法生育，科学家希望这可以彻底清除蚊媒疾病，比如疟疾和塞卡，甚至清除所有可能传播疾病的蚊子。 不过，单就治疗疾病而言，CRISPR为直接在人类患者身上编辑、 修复突变基因提供了可能。目前，我们只是看到了其潜力的冰山一 角，但是过去几年的发展已经足够让我们激动不已。在实验室培养的人类细胞里，这种新的基因编辑技术已经纠正了许多遗传病，包括囊状纤维化、镰状细胞病、某些形式的眼盲、重症复合免疫缺陷等。 利用CRISPR，科学家可以从人类DNA的32亿个碱基对中发现，继而更正单个基因突变�8�8这已经很令人惊叹了，但是它还可以完成更复杂的修饰。研究人员已经纠正了杜兴氏肌肉萎缩症患者身上的突变基因，从而治愈了疾病。在一个血友病的案例中，研究人员利用CRISPR对患者身上发生颠倒的50多万个DNA碱基对进行了精确调整。CRISPR也可以用于治疗艾滋，比如，从患者受感染的细胞中切除病毒的DNA，或者编辑患者的DNA，避免更多细胞受到感染。

基因编辑在临床应用上的可能远不止于此。由于CRISPR允许人们精准、直接地进行基因编辑，每一种遗传病�8�8只要我们知道它的突变基因�8�8理论上都可以得到治疗。事实上，医生已经开始使用改造的免疫细胞治疗癌症，这些免疫细胞携带着增强版的基因，可以更好地消灭癌细胞。虽然CRISPR离大规模临床应用还有一段路要走，但它的潜力毋庸置疑：基因编辑有望提供新的治疗方案，甚至挽救生命。CRISPR技术的影响不止于此，除了治疗疾病，它也可以预防疾病。它简单有效，甚至可以用来修饰人类的生殖细胞系（germline）， 从而影响后代的遗传信息。不必怀疑，这项技术有朝一日会被用于改造人类的基因组，长久地改变人类的遗传物质，虽然我们目前还不知道这一天何时到来。