三大基因編輯技術PK及市場分析

縱觀基因編輯技術市場，其現狀與八十年代索尼公司出產的Betamax錄像機和JVC公司的VHS錄像機之間的磁帶格式戰爭非常相似。在當時雖然大多數專家都認為Betamax錄像機更功能豐富、性能更好且更耐用，但是從另一方面來看，VHS錄像機的價格更偏宜，並且適用於長時間觀影，因此在這場戰役中最終的贏家是JV公司的VHS錄像機。醫療市場分析公司Kalorama對基因編輯技術和公司進行梳理，動脈網（微信：vcbeat）為你做了編譯和整理。

基因編輯技術目前正在面臨索尼和JVC公司式的困境。在基因編輯領域，很多年前就已經出現了包括基於鋅指核酸內切酶和TAL效應因子在內的精準有效的基因編輯技術。但是在操作簡單、成本較低的CRISPR技術的出現以後，才真正的驅動基因編輯技術市場的發展，或者說是因CRISPR技術的出現才真正的建立了基因編輯技術市場。

基因組編輯是通過在基因組中特定的靶點引入功能蛋白來修飾特定生物DNA的過程。「編輯」這個詞其實並不夠完全，它確實概括了整個過程，但是可能錯過了一些重要的步驟。比如一旦功能蛋白被引入基因組，它就成為了自身編輯的有機體，同時還可以刺激引發細胞的修復機制，使得基因失活或是在基因組的特定靶點引入新的目的基因。

基因編輯技術在許多領域中具有許多商業應用價值，例如人類健康療法、植物新品種、動物新品種、用於科學研究的動物模型、新的化合物以及能量來源的開發。目前已經處於開發階段的各種基於基因編輯的項目實例包括：HIV / AIDS治療、抗除草劑的芸苔植物的開發、急性淋巴細胞白血病的治療、基因工程化大豆的開發，甚至還有基於基因編輯的巴馬豬和齧齒動物模型。

目前，很多公司都表現出了對於基因編輯技術市場的興趣。MilliporeSigma、Thermo Fisher Scientific、Dharmacon、GeneCopoeia、GenScript、Horizon Discovery Group、OriGene、Transposagen、ToolGen是基因編輯技術市場的主要參與者。

基因編輯市場逐年遞增(工具、試劑、服務、供應) 單位：金額/百萬美元 2014 – 2016.

醫療市場分析公司Kalorama信息預估，在基因編輯技術市場中基因編輯工具、試劑、服務、模型和其他與該技術相關的用品佔有了約6.08億美元的市場份額，相比2014年時的2.33億美元有所增長，並且隨著新應用的開發和新項目的增加，預計在未來五年將會實現快速增長。

使用基因編輯技術的治療學和農業應用的不斷發展，以及公共和私人在基因編輯領域投資的增加也將驅動該市場的不斷向前。目前，大量公共和私人投資者都對使用基因編輯技術發展人類健康療法領域表現出了很大的興趣。

Bayer，Biogen，Juno Therapeutics，Novartis，Pfizer和Regeneron Pharmaceuticals等公司通過與小公司的各種投資和合作，參與使用基因編輯技術開發治療藥物。除了人類治療的發展之外，基因編輯技術在許多其它領域中具有商業應用，其中許多領域剛剛開始被探索。

事實上，我們已經掌握了多種基因編輯技術。第一個引入的是鋅指核酸酶技術，或稱ZFN。它的靶向效率為其贏得「分子剪刀」了的稱號。它已經成為一項完善的技術，已經在從人類到其他多個生物模型得到了應用，如果蠅、擬南芥、斑馬魚、小鼠、大鼠，是一項經過驗證的得到公認的技術。

鋅指核酸酶技術具有很高的特異性的，因此不會引起免疫應答，但是這種高度的特異性將會產生消極的影響，即基因工程化鋅指DNA結合蛋白成為了一個難題，部分也是由於蛋白質本身體積龐大的性質及其環境依賴性結合的屬性。除此之外，它們還易於脫靶，導致可以細胞被殺死或發生計劃外的突變。

TALEN作為第二代基因組編輯核酸酶被引入，與其它技術相比，其能更大程度上的地避免功能蛋白脫靶。與鋅指核酸酶相比，TALEN使用起來更簡單、構建更迅速，並且價格更低廉。TALEN不像ZFN那樣容易受周圍連接環境綁定的影響，因此與ZFN相比，其設計和工程沒有ZFN複雜。與此同時，由於它們具有與DNA靶位點結合的高度特異性，因此比其它工具酶，TALEN產生的脫靶效應非常微弱。但是裝配TALEN編碼質粒卻是一個冗長的、高強度工作的過程。

CRISPR-Cas9技術是在對細菌的免疫系統進行研究時研究開發出來的。在細菌的免疫系統中，其防禦機制可使用DNA片段來對抗病毒等外來物質。科學家們認為，如果細菌的自身環境足夠好，那為什麼不開發一種技術以同樣的方式來對外來物質進行幹預？

CRISPR序列由眾多短而保守的重複序列（重複區repeats）和間隔區（spacer）組成。間隔區是一些可變序列，其與先前入侵細菌基因組外的外源遺傳物質的序列相對應。這些間隔序列儲存在細菌基因組內，被看作是通過再感染來觸發降解入侵病毒DNA的記憶機制。距離該理論被提出已經過去了幾十年，但是直到2012年，用於這項技術的工具才上市。

在CRISPR技術中，首先CRISPR序列轉錄為單個RNA，然後被加工成較短的CRISPR RNA（crRNA），其具有引導Cas酶的活性以降解靶向核酸的作用。 每個「嚮導RNA」都可識別其自身靶序列並引導Cas9酶對DNA鏈進行切割，從而刺激細胞的NHEJ或HDR修復機制。

CRISPR-Cas9技術的工具使用起來非常簡單，同時其設計和構建速度最快，成本也最低。由於不涉及蛋白質工程，所以構建CRISPR-Cas9技術的工具只需要幾天時間就可完成，成本可以控制在幾百美元的範圍內。因此，開發大量短嚮導RNA相對容易，其在高通量應用如功能基因組學研究中也具有廣泛的應用。

CRISPR-Cas9工具只需通過對嚮導RNA序列進行簡單的修飾，就能輕鬆重定向到基因組中的幾乎任何位置。同時，由於其擁有多重的基因編輯能力，與傳統育種技術相比較，也可以讓用於複雜疾病研究的動物模型的更快速、成本更低廉的工程化。

但是CRISPR-Cas9技術也有一些限制，包括被看作ZFN限制的功能蛋白脫靶。與ZFN和TALEN複雜的二聚體結構相反，CRISPR-Cas9系統擁有更簡單的單體結構，可通過鹼基配對結合同源位點，因此在結合和切割期望的DNA位點方面特異性較低。而且對於CRISPR-Cas9技術來說，脫靶突變驗證難度增加，並且需要對具有相似同源性的所有位點的突變都進行廣泛的全基因組掃描，這將是很大的工作量。

科學家們已經研究出了各種可增加特異性和消除脫靶效應的策略，包括利用不同細菌來源的酶、重組Cas9酶，以及對嚮導RNA中識別序列的長度和二級結構的做出一定的改變。最近，在2015年9月，科學家在弗朗西斯細菌中發現了非Cas9 CRISPR系統即CRISPR-Cpf1，其在解決這一領域的問題上擁有其獨特的優勢。

儘管與其他基因編輯技術工具的優勢相比，由於CRISPR-Cas9技術較新，因此其治療學方面的發展明顯落後於其他基因編輯技術。並且目前還不清楚CRISPR技術在未來是否能被證明適用於人類健康治療。就目前看來，其易產生脫靶效應仍是一項重大的挑戰，如果克服了這一難題，那麼CRISPR技術用於人類治療的安全性就能得到很大的提高。由此我們可以知道，在保持CRISPR技術優勢的基礎上，努力突破其限制壁壘將是未來幾年基因編輯技術發展的大趨勢。