治療罕見疾病 — 2

CRISPR 技術近年相當有名，但它究竟是甚麼，又是從哪裏來的？早在 1980 年代，科學家在對細菌基因進行定序時，發現了一些不尋常的 DNA 片段，這些片段被稱為 CRISPR，後來證實是細菌對抗病毒的防禦系統一部分。這些細菌 DNA 中不尋常的回文重複序列，會編碼出與入侵病毒基因相匹配的 RNA，協助摧毀病毒。這種天然防禦系統已經存在了數十億年。不過，直到 2012 年，一篇發表於《Science》的論文，標題為「A Programmable Dual RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity」，才讓我們意識到生命科學的新可能性：CRISPR 可以利用引導 RNA 和 Cas9 分子剪刀酶，在試管實驗中精確地編輯 DNA。（Cas 是 CRISPR-associated proteins 的縮寫。）這就像 Katalin Karikó 和 Drew Weissman 在 2005 年發現如何阻止 mRNA 誘導的體內炎症一樣，最初並未引起太大關注，但後來成為 Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier 獲得諾貝爾獎的基礎。自 CRISPR 發現後一年內，已有多份報告指出在動物和人類細胞中能夠精確編輯 DNA。

在 CRISPR 出現之前，我們已有一些能切割 DNA 核苷酸的工具，稱為核酸酶，用於基因組編輯，包括鋅指核酸酶（ZFN）和轉錄激活因子樣效應核酸酶（TALEN），但這些工具難以編程以實現精確編輯。

在接下來的十年，CRISPR 技術經過密集改良，以提升編輯的準確性和精確度，減少脫靶效應的機會。這三種核酸酶（ZFN、TALEN、CRISPR-Cas 9）都會將雙鏈 DNA 切成兩段。細胞會嘗試修復染色體斷裂的末端，約有 90% 的機會能準確修復，但仍有小部分在重新連接過程中出現錯誤。不過，核酸酶會持續切割，修復過程亦會持續，錯誤會不斷累積。這個循環會一直持續，直到核酸酶無法再識別已經充滿錯誤的序列，這些序列出現了核苷酸插入和缺失，最終導致基因被破壞。這種雙鏈斷裂及修復過程的缺點，是無法控制最終序列，會隨機出現插入和缺失（見圖 8.1）。這是一種破壞性的基因敲除策略，並不能用來修復基因。我們姑且稱之為 CRISPR 1.0。