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基因工程类工程技术论文,关于基因工程的新时代相关在职研究生毕业论文
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变化,甚至还有的癌变是由于染色体异位（Chromosomal Translocation）所导致的,如此大规模的基因重组很难用现有的基因操纵工具模拟出来.CRISPR-Cas9系统的出现解决了这个难题,迄今为止已经有人利用这套系统制造出了模拟染色体异位所导致的肺癌、骨癌和白血病细胞系,为科学家尽早研制出针对这几类癌症的新药提供了取之不尽的实验材料.医学领域的科学家们不但需要能模拟疾病的细胞系,更希望得到模拟疾病的动物模型.此前用得最多的动物模型是小鼠,不但因为小鼠繁殖快,容易饲养,更因为科学家们掌握的基因工具大都只适用于小鼠.CRISPR-Cas9系统是一种普适的工具,效率非常高,完全可以被用于制造灵长类实验动物.灵长类动物显然要比小鼠更适合作为模型动物,但是饲养成本也比小鼠高得多,对于遗传操作准确性的要求非常高.比如,美国埃默里大学（Emory University）的遗传学家安东尼陈（Anthony Chan）曾经花了两年时间培育出5只易患亨廷顿氏症的猴子,成为全世界第一个实现这一目标的人.但由于他采用的传统方法准确性太低,其中3只猴子的基因出了问题,提前得了这个病,不得不在出生一个月后就被杀死,无法用于研究.如果采用CRISPR-Cas9系统的话,就不会出现上述问题了,这将为医学研究提供廉价而又接近完美的实验材料,极大地加快新药的开发速度.
基因敲除只是CRISPR-Cas9系统最基本的功能,如果将这套系统和DNA修复工具联合使用,将可以对任意基因进行随心所欲的修改.比如,如今大家耳熟能详的农作物转基因育种其实是一项难度很大的技术,只有少数顶尖实验室能够做到,这就是为什么转基因育种行业一直垄断在少数几家大企业手里的原因之一,广大中小企业受制于技术瓶颈和政治瓶颈,很难和大企业竞争.有了CRISPR-Cas9技术之后,任何一个有想法的人都可以进入这个行业,如果政治壁垒再被清除掉的话,农业领域将会发生一次和信息产业相媲美的大变革,农民们将会种上既高产又抗病又节省化肥的新型农作物.
当然了,普通读者最关心的很可能是医疗领域,尤其是基因治疗（Gene Therapy）.这种新疗法已经喊了将近30年,理论上早已没有障碍,问题就出在基因定位问题无法解决,操作难度太大.难怪CRISPR-Cas9系统一出现,立刻就被基因治疗领域的科学家们盯上了.就在2013年1月,也就是卡朋特尔和多娜在《科学》杂志上发表了那篇划时代论文之后不到4个月,就已经有三家实验室通过实验证明CRISPR-Cas9系统工具理论上完全可以用于治疗包括人类在内的哺乳动物的遗传病.
理论很快变成了现实.2014年6月,美国麻省理工学院（MIT）的研究人员报告说他们成功地利用CRISPR-Cas9技术治愈了小鼠的酪氨酸血症（Tyrosinemia）.这是一种较为罕见的遗传病,病鼠肝脏里的一种酶出了问题.研究人员从病鼠的尾巴处注入经过改良的CRISPR-Cas9,同时注入三种健康的基因模板.这套系统成功地在病鼠体内把患病肝细胞中的坏基因修复成为好基因,平均每250个坏细胞中就有一个被修好了.随着被修好的健康肝细胞的不断扩增,一个月后患病小鼠体内三分之一的患病肝细胞就被健康细胞代替了,这个比例已经高到足以让小鼠生产出足够多的好酶,治好了小鼠的遗传病. 两个月后,也就是2014年8月,科学圈又爆出一项惊人的成果.美国坦普尔大学（Temple University）的科学家利用CRISPR-Cas9技术成功地把隐藏在人类细胞核当中的HIV病毒清除掉了.众所周知,艾滋病之所以难以根治,就是因为HIV病毒把自身整合到人类基因组当中,使得人类自身的免疫系统无法识别,普通的抗病毒药物也很难奏效.坦普尔大学的病毒学家卡梅尔卡里里（Kamel Khalili）博士设计了一种CRISPR-Cas9系统,可以识别出人类基因组当中隐身的HIV病毒,并将其切断.卡里里博士利用这套系统成功地将体外培养的人类艾滋病细胞系彻底治愈,其中含有的所有HIV病毒都被清除掉了,无一漏网.
CRISPR-Cas9系统虽然只有两年的历史,却已经取得了如此辉煌的成绩,并显示出无与伦比的潜力,这就是为什么2014年的科学突破奖（Breakthrough Prize）授予了发明出这一系统的卡朋特尔和多娜博士,两人各获得了300万美元的奖金.这个科学突破奖是一群硅谷高科技新贵创立的奖项,其历史虽然不如诺贝尔奖悠久,但视角新颖,其权威性一点也不亚于诺贝尔.再加上该奖的奖金数量几乎是诺贝尔奖的三倍,所以它在科学圈里的地位已经超过了诺贝尔奖,成为大多数科学家们争相追逐的目标.
有了科学圈的肯定,商人们便闻风而动了.多娜博士早在2013年就联合了麻省理工学院的张峰（音译）等人,成立了第一家以研发基于CRISPR-Cas9平台的新药为目的的爱迪塔斯制药公司（Editas Medicine）,这家总部设在美国波士顿的小公司刚一成立便获得了4300万美元风险投资,前景乐观.
2014年4月,总部位于瑞士巴塞尔的克里斯珀治疗公司（CRISPR Therapeutics）成立了,这家公司同样打算研发基于CRISPR-Cas9平台的新药,目前该公司已经获得了2500万美元风险投资.
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一场基于CRISPR-Cas9系统的科研竞赛已经发枪,选手们早已上路了. 结语
平心而论,CRISPR-Cas9系统在理论上并没有什么重大突破,只是对现有的一项常规技术做出了改进而已.但是这项改进大大简化了基因工程领域的核心技术,无论是操作成本还是技术含量都被降至谷底,这就等于降低了门槛,实现了基因工程技术的民主化.计算机和信息技术领域的经验表明,一旦核心技术的门槛被降低到了某一阈值以下,必将引发该领域的一场大地震,其后果将是无法预测的.
让我们拭目以待吧.
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