基因技术的十大惊人用途

诸平

据本杰明·托马斯（Benjamin Thomas） 2021年4月28日报道，基因技术正在改变我们所知道的世界。当您阅读本文时，科学家们正在研究修饰DNA的迷人方法。最近，一种称为CRISPR的先进基因编辑技术开辟了基因实验的新途径。CRISPR受到高度重视，以至于2020年，其创造者被授予诺贝尔化学奖（Genetic scissors: a tool for rewriting the code of life）。他们的新工具使研究人员能够以独特的精度改变DNA。它已经在帮助产生新形式的癌症治疗方法。专家认为它可能有朝一日可以用来治愈遗传病。

当然，基因编辑是一种引起争议的实践，引起了许多伦理学的关注。生物科学家被指控在基因组中“扮演上帝（playing god）”。但是基因技术也启发了各种令人难以置信的科学创新。下面列出其中最惊人的用途中的10种。

10 改性山羊的牛奶中会产生抗癌药

新西兰的科学家创造了转基因山羊，它们的乳汁中会产生抗癌药物。对山羊基因进行了专门改造，以产生西妥昔单抗药物（cetuximab medication），该药物用于治疗结肠和肺部的癌症。目前，如果没有保险，这种药物每月的费用可能高达13000美元。科学家希望他们的新生产方法将有助于降低价格，从而使其更容易获得。

制造西妥昔单抗是一个昂贵的过程。其精细的化学结构意味着生产者必须依靠小鼠细胞内部的蛋白质来培养药物。但是这些转基因山羊为制药业提供了一种大规模生产西妥昔单抗的方法。

“在动物体内生产西妥昔单抗要经济得多，因为它们的乳腺可以产生大量蛋白质，”新西兰AgResearch研究所（New Zealand’s AgResearch institute）负责该项目的研究人员Götz Laible解释说。

9 科学家将数据存储在活的DNA中

数据存储是一项艰巨的任务。日复一日，我们依靠诸如硬盘、光盘驱动器和记忆棒之类的电子设备来存储大量信息。但是也许其他材料可能更适合于数据存储。现在，美国纽约的科学家提出了一种新方法，该方法使用基因编辑将数据存储在活细菌的DNA中。

2021年，哥伦比亚大学（Colombia University ）的研究人员证明，活的大肠杆菌细胞最多可以存储72位（72 bits）数据。数据文件的核心是由一长串的1和0组成。通过将特定基因插入细胞，科学家能够在大肠杆菌DNA中编码1和0。他们甚至可以编写简单的消息“Hello world！”。进入大肠杆菌细胞的DNA中，然后通过对DNA进行测序对其进行解码。

DNA非常适合用于数据存储。生物蛋白质可以存储大量的信息。科学家估计，如果一条DNA链只有一粒盐的大小，它就可以容纳十部长篇故事片。而且，随着时间的流逝，读取和写入DNA所需的技术变得越来越强大。话虽如此，DNA数据存储仍处于起步阶段，这意味着它不可能在短期内进入适用阶段。

8 延长垂死小鼠的寿命

哈佛大学（Harvard University）的科学家通过基因编辑延长了垂死小鼠的寿命，使它们的预期寿命增加了两倍以上。

作为这项研究的一部分，在刘大卫教授（Professor David Liu）的带领下，老鼠被赋予了早衰症，这是一种罕见的疾病，会导致儿童过早衰老。平均而言，患有早衰症的儿童可以活到14岁。该病是由罕见的遗传突变引起的，不能使用常规基因疗法进行治疗。相反，哈佛团队正在开发一种方法来更改早衰患者DNA的基本编码。

该技术已在绝症小鼠身上试用，并且显著延长了它们的寿命。预计将存活215天的啮齿动物平均存活时间为510天。刘大卫和他的团队希望利用这些发现来开发针对早衰和类似遗传病的有效治疗方法。

7 一只眼睛的基因疗法可增强两只眼睛的视力

科学家发现了一种用于视力丧失的基因疗法，当将其注入一只眼睛时，可以改善两只眼睛的视力。尽管眼科专家不确定这一发现的意义，但基因会从注射的眼睛进入未经治疗的眼睛。

科学家们正在尝试治疗一种被称为莱伯遗传性视神经病变（Leber’s hereditary optic neuropathy简称LHON）的疾病，这种疾病是一种渐进性视力丧失的形式，多见于年轻人。这种罕见的失明类型来自基因突变，该基因突变会攻击并破坏眼睛视网膜中的细胞。

作为一项近期试验的一部分，有37位LHON患者接受了基因疗法注射到他们的一只眼睛中。但值得注意的是，两年后，有29位患者报告双眼视力有所改善。起初，科学家对这些结果感到惊讶，直到他们发现基因治疗病毒从一只眼睛偷偷溜进另一只眼睛。

在猕猴身上重复实验，他们发现这些基因沿着一只眼睛的视神经传播，穿过另一只视觉神经，然后传播到另一只眼睛。

6 无角公牛

研究人员找到了一种方法，可以通过编辑父亲的DNA来制造无角公牛。这种新方法为农民提供了当前除角技术的无痛替代方法。目前，牛需要去掉牛角。这是一个漫长而艰难的过程，对公牛而言可能是极其痛苦的。但这确实需要完成。无角公牛不仅不大可能伤害其他动物，而且更易于运输，并且在饲槽中占用的空间更少。

2016年，两头小公牛出生时具有基因突变，这意味着它们永远不会长角。这是通过将一短串DNA导入父亲的细胞而实现的。在对所有三头公牛的DNA进行分析之后，科学家们证实遗传改变已经传给了小牛，而没有引起任何意外的副作用。

“我们已经证明可以只进行预期的编辑就可以生产出健康的无角犊牛，并且我们提供了数据以帮助评估基因组编辑的动物，”美国加利福尼亚大学戴维斯分校（University of California, Davis）的动物科学专家Alison Van Eenennaam解释说。

5 母牛对热应激的适应能力更强

随着温度升高，奶牛开始感到压力。牛特别容易受到热应激。如果在烈日下放置太长时间，母牛会开始食欲不振，产奶量减少，受孕的可能性也降低。可以想象，对农民的连锁反应可能是可怕的。据说，每年的热应激使美国乳制品业损失9亿美元。在较贫穷的国家，那里的农民可能只拥有几头牲畜，这可能会毁掉许多牲畜。

但是现在，新西兰的科学家们已经找到了解决这种以牛为基础的难题的潜在方法。他们正在使用基因编辑技术来改变奶牛外表的颜色。通过改变色素沉着基因，研究人员设法减轻了普通奶牛的深色吸热毛发。荷斯坦-弗里斯兰牛（Holstein-Friesian cattle）通常是白色的，有黑色的斑点，但转基因的小牛出生时带有淡淡的银色标记。

研究人员希望利用对高温具有更高抵抗力的热带牛的DNA来完善他们的研究。

4 超重的老鼠会失去体内脂肪

哈佛大学的科学家说，基因编辑有朝一日可能被用于治疗肥胖症。2020年8月，研究人员揭示了一种对抗小鼠体重增加的新方法：使用CRISPR基因编辑将不健康的白色脂肪细胞转化为耗能的棕色脂肪细胞。

散乱的白色脂肪细胞中充满了不健康的脂质，这些脂质会积聚在体内。过多的白色脂肪会导致糖尿病。但是棕色脂肪细胞要健康得多。它们分解一些脂肪以产生能量，并将其余的脂肪储存在较小的空间中。

哈佛团队能够通过改变小鼠的DNA来帮助他们减轻体重。科学家通过基因改变了白色脂肪，使其具有健康的棕色脂肪的特征。实验着重于UCP1，UCP1是一种在棕色脂肪中发现的蛋白质，能将化学能转化为热量。

在为期12周的研究中，带有白色脂肪细胞的老鼠体重增加，而经过基因编辑的老鼠发现这要困难得多。甚至有一种观点认为，基因编辑过程帮助老鼠避免了糖尿病。

科学家们预测，尽管人体试验距离我们还有很长的路要走，但最终这种方法最终可以发展成为一种治疗肥胖的方法。

3 科学家治愈小鼠的听力损失

2019年，哈佛医学院和波士顿儿童医院（Harvard Medical School and Boston Children’s Hospital）的研究人员宣布了一种针对小鼠听力损失的新疗法，该疗法有一天可以用于人类。

贝多芬小鼠（Beethoven mice）遭受的基因突变也影响人类，导致进行性听力丧失和最终耳聋。贝多芬老鼠这个名字是来自德国作曲家贝多芬（Beethoven），他二十多岁时就开始失去听力。

小鼠遭受的听力损失是由其DNA的微小变化引起的。利用先进的生物技术，科学家们可以查明缺陷基因而不会损害任何剩余的健康基因。这意味着它们可以治愈贝多芬小鼠的耳聋而不会引起任何不良副作用。

科学家确实警告人们不要过早地寄希望于人。在将这种疗法用于人体之前，仍需进行多年的研究。哈佛大学的杰弗里·霍尔特（Jeffrey Holt）解释说：“我们相信我们的工作为朝着一种针对性强的方法敞开了大门，该方法可以治疗由一个基因的一个缺陷拷贝引起的一系列遗传疾病。” “这确实是精密医学。”

2 杀手飞蛾帮助纽约解决害虫问题

2020年1月，纽约州官员放出了成群的转基因雄性飞蛾，以抑制有害生物的数量。年轻的雌性小菜蛾有能力对农民的庄稼造成巨大伤害。尽管幼虫寿命短，但它们仍消耗大量芸苔属植物，包括羽衣甘蓝（kale），卷心菜（cabbage）和油菜（oilseed rape）。据说它们的飞蛾及其暴躁的饮食每年造成50亿美元的损失。

通常，使用农药可以杀死像这样的害虫，但是小菜蛾在产生抗药性方面非常快。因此，总部位于英国的生物技术公司Oxitec开发了一批杀虫剂转基因蛾，以消灭幼虫。

科学家向雄蛾中添加了一个基因，该基因可使刚孵出的幼虫死亡，但只会影响雌性。这意味着有害的年轻雌性将在其造成任何损害之前灭亡。另一方面，年轻的雄性将继续与其他野生雌性交配，将杀手基因传递给其幼虫。这应该持续几代，然后Oxitec说致命基因会消失。

1 基因编辑引领与超级细菌的斗争

耐抗生素的超级细菌是全球性的危机，正在等待发生。仅仅几十年前，易于用青霉素治疗的破坏性病原体正在增强对抗生素的免疫力。除非科学家能够迅速创造出新的抗生素，否则由于这些有害细菌，到2050年，我们每年可能面临1000万例死亡。

但是在地平线上有希望。曼彻斯特大学（University of Manchester）的研究人员发现了一种使用CRISPR基因编辑产生抗生素的新方法。通过结合几种最先进的生物技术，研究小组生产了一种称为麦洛诺霉素（malonomycin）的不寻常类型的抗生素。这项新颖的技术可以帮助科学家开发新形式的抗生素药物，这些药物更适合于对抗高度耐药的超级细菌。

该研究的负责人杰森·米克菲尔德（Jason Micklefield）解释说：“我们现在的乐观态度是，我们的发现可能会导致发现新的抗生素，并且也可能提供新的制造抗生素的方法，以对抗新兴的耐药性病原体。”上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息敬请注意浏览相关报道。

稀有基因突变的10种惊人力量（10 AMAZING POWERS FROM RARE GENETIC MUTATIONS）

超越公认的10种经过基因改造的食物（10 Foods That Have Been Genetically Modified Beyond Recognition）