為了讓大家明白什麼是Cirspr/cas9技術,我們首先了解什麼是基因。
我們都知道人是有細胞構成的,我們把細胞放大會看到細胞核,細胞核用來儲存遺傳物質。當我們再把細胞核放大,就會看到雙螺旋的結構,那麼這個雙螺旋結構就稱之DNA,也叫作脫氧核糖核酸。脫氧核糖核酸由核苷酸構成,而核苷酸有三個部分,其中就包含了鹼基。當我們把脫氧核糖核酸再次進行放大,就會發現它是一個雙鏈結構,它有成對的鹼基對。
鹼基分為四種,分別是A.T.C.G.而且它們之間有一個互補的對應關係。如果上面是A 那麼下面就一定對應著T,如果上面是C,下面就一定對應著T。如果一條DNA的鹼基上面是A.A.C.T.G.那麼下面就是T.T.G.A.C. 就是這樣的對應關係。這就是DNA的基本結構。科學家對於DNA的仔細研究,發現鹼基的順序,就代表了人類的一種遺傳信息,又被稱作基因密碼。所謂破解基因密碼,就是要破解一段鹼基的順序,代表了什麼內容。例如:A.C.A 代表人的大眼睛,C.A.C 代表了大長腿,A.T.A.G.C.代表了身高一米八.等等.. 其實就是遺傳信息隱藏在DAN的鹼基順序之中,科學家便把能夠實現一定功能的鹼基序列就稱之為一個基因.
那麼基因是怎麼影響人的呢?為什麼有的人長的好看,有的人長的高,有的人長了黃頭髮呢?科學家認為DNA儲存在細胞核中,它不會直接指導蛋白質合成.它首先會通過一種過程叫做轉錄,會生成一種單鏈的結構叫做RNA,也就是核糖核酸.而核糖核酸可以自由的跑到細胞核的外面,從而指導蛋白質合成,這個過程叫做翻譯.就是要把一段DNA信息告訴蛋白質.而這個蛋白質就知道要作為我們身體的哪一個部分的結構.這樣的過程就是DNA指導生物結構的過程.
基因的問題科學家們已經早在上個世紀50年代就已經開始研究了.而Crispr技術是本世紀才出現的.那麼什麼是Crispr? 我們就要從微生物來談起了.
微生物包含細菌、病毒等,而病毒不僅導致人會生病,它還可以殺細菌。還有很多病毒是專門用來殺細菌的。而這種專殺細菌的病毒,我們就稱之為噬菌體。在海洋裡,每天都會有40%的細菌會被噬菌體殺掉。
噬菌體會降落到細菌的上面,然後在細菌的身上打一個洞,然後把自己的DNA釋放進去,被釋放進入細菌體內的DNA就會不斷複製,當複製的足夠多,就會長出蛋白質外殼。當長出外殼後那麼這個細菌就不再有價值了,然後噬菌體從這個外殼裡鑽出來,同時細菌就死亡了,噬菌體複製了自己,這便是噬菌體的工作流程。
科學家們很早就開始研究這個問題,但是到了1987年的時候,有一個日本的科學家石野良純研究細菌的DNA結構,發現DNA結構在大腸桿菌內的結構會很奇怪。因為他發現大腸桿菌的DNA會出現重複的結構。例如:A.A.C.G----A.T.G.T----CAGA----ATGT----TGAC----ATGT-這樣的一段結構中我們就發現當一段DNA鏈之後出現了ATGT,而後面反覆出現ATGT,這便是石野良純發現的奇怪之處,由於病毒和細菌這種生物是級小的,所以它的DNA表達是非常簡單的,緊湊而高效的,如果出現了很多重複的結構,表達同一個意思,那又有什麼特殊意義呢?把重複的去掉不是更好嗎?所以石野良純想不明白這是為什麼。後來很多科學家發現很多的細菌都出現了這種重複的結構一直都不清楚到底是為什麼。而這樣一個奇怪的重複結構問題,持續了20年沒有人能夠解答。
直到2002年才明白是什麼意思,而到了2005年才被科學證實。
2005年一個法國科學家巴蘭古,巴蘭古是法國一家酸奶公司的科學家。我們都知道酸奶裡面有很多的細菌,這些細菌都是對人體有益的細菌。而他們酸奶裡的細菌會經常被噬菌體大批的殺掉。巴蘭古就想酸奶的細菌如何才能不被噬菌體殺掉呢?於是他便做了一個實驗,他把鏈球菌和噬菌體放在一起,結果發現鏈球菌大量死亡,同時也有極少的一小部分細菌活下來了。他便針對活下來的細菌進行研究發現,活下來的細菌就出現了重複的DNA序列結構。他又仔細的研究發現這種重複的結構是來源於噬菌體的,結果表明細菌對噬菌體有一定的防禦機制,當細菌活下來的時候便會把噬菌體的DNA切下來一小段,同時把自己的DNA鏈斷開,把切下來的噬菌體的DNA插入到自己的DNA裡面,於是細菌就發生了變異。左右兩邊還是自己原來的DNA,而中間插入病毒的DNA,它這樣做為了識別是這一段不是自己的DNA,所以在病毒的DNA前面和後面加入了一段重複的序列,這表示已經認識這個病毒了。當這種病毒再次殺這個細菌的時候,這個細菌已經認識了這種病毒,就會分泌一種RNA也就是核糖核酸,分泌出的RNA它會起到一種定位的作用,它可以對DNA進行觀察,有沒有一段DNA是插入自己體內的DNA是一樣的呢?當RNA發現了一段DNA是和自己插入的DNA一模一樣的,於是RNA就會指揮一種蛋白質叫cas9,讓cas9把噬菌體切斷,所以被切斷的噬菌體就掛掉了。這樣就起到了防禦機制。而cas9它是一種酶,這種可以切斷DNA就像一把手術刀一樣。科學家們就思考這種切斷DNA的方法是否可以使用到動物或人類的身上呢?首先通過RNA進行定位,找到想要切割的一段DNA序列,再通過cas9這種蛋白質進行切割,切割後DNA還會通過一些機制合起來,那麼這種方法就可以用在基因手術上面。這就是Crispr/cas9技術。
Crispr就是指重複的序列,cas9就是手術刀。比如我們想切掉一段不好的DNA。當我們了解一段基因的作用,再通過製作合成可以定位的RNA,用RNA來檢查這一段DNA的具體位置,再把RNA和cas9蛋白質同時注入到細胞內,RNA就會開始定位尋找要切斷的DNA,找到後cas9就會把這一段要切掉的DNA切斷,這樣便實現了基因手術。理論上說這個方法不僅可以刪掉一段DNA,也可以按想要的序列進行編制,這樣一來,不僅可以對抗疾病,而且還能使人的壽命大大延長,甚至還有人認為可以達到無限的生命。因為有一些生物有一些特殊的本領來自於它的基因,可以返老還童,那麼把這種生物的基因切下來編制到人的DNA內,人類的生命是不是就可以無限了呢?這也是有可能的,並不是天方夜譚。因為DNA可以進行編制,完全可以把其他生物的DNA編制到人類的DNA內。
目前各大國家都在開展這種基因手術的實驗,用於對抗癌症,遺傳病症,加強人體細胞免疫功能等,但是目前還沒有哪個實驗敢把這種技術用於人類的DNA上。