（这篇科普是5年前写的， 准备再写个尾声更新这几年的进展） 不知道大家有没有听说过“基因编辑”（gene editing） 这个词儿， 这可是最近几年生物科技界除了“癌症的免疫治疗” （cancer immunotherapy, 也叫 immuno-oncology) 之外最火爆的词汇。之所以这么火爆是因为基因编辑的技术不但极大限度的推进了生物研究的进程，更提供了在人类疾病治疗上的无限可能性。 其实基因编辑这个概念并不是最近这几年才提出的，但这个技术是在2012年才取得突破。突破来自CRISPR/CAS9技术的发明，从某种意义上说，这个技术的发明是过去五十多年发现DNA双螺旋结构之后，生物界最重大的发明。 也许将来人们会使用一种新的纪年法， 2012年之前是BC （Before CRISPR）, 2012年之后是CE （CRISPR Era）。 先介绍基因编辑这个概念， wiki是这么说的： “Genome editing, or genome engineering is a type of genetic engineering in which DNA is inserted, deleted, modified or replaced in the genome of a living organism. ” 简而言之就是改写生物的基因组。这种改写可以是插入新的基因， 去掉原有基因，改造基因，还可以是用新基因取代原有基因。 改造生物的基因组，这个概念对大家来说应该不新鲜吧？从八十年代开始，就有用基因编辑的方法改造小鼠的基因组。过去三十年knock out （把一个特定基因敲掉）和 knock in （在基因组里插入一个特定基因）小鼠在生物研究领域得到广泛应用，极大地推进了人们对特定基因功能的认识。 基因编辑，从根本上说是利用了生物自体固有的同源重组功能 （homologous recombination）。同源重组大家在中学的生物课里应该都学了吧？还记得多少？简而言之就是两段相似的基因片段之间发生DNA序列的交换。Knock out小鼠， knock in小鼠，都是同源重组的产物。下面这张图介绍了同源重组的机制怎样制造基因的knock out 和knock in。 都看明白了吗？还需要解释吗？ 从理论上来说，只要两个DNA片段之间有同源性，也就是在序列上相似，就有发生同源重组的可能性。而在实践中，发生同源重组的几率是很低的。要制造Knock out或者knock in小鼠，先把和目标基因有同源性（在上图中用蓝色片段表示）的外源基因引入小鼠的胚胎干细胞中， 只有极少数的胚胎干细胞会发生同源重组，把发生同源重组的胚胎干细胞挑出来，移植到母鼠的子宫里，然后就可以等着Knock out或者knock in小鼠的出生了。 影响这个过程效率的关键是同源重组发生的几率，这个几率是很低的。怎样才能提高这个几率呢？科学家发现如果目标基因的DNA有断裂，那么同源重组发生的几率就会大大提高。在下面这个图里，左边同源重组发生的几率要远远大于右边。
回复 25楼hulugua的帖子 搜了一下，两位诺奖得主之一，UC Berkeley 的Jennifer Dougna 是英国皇家科学院 （The Royal Society）的外籍院士，她在这个协会里的title 是Li Ka Shing Chancellor's Chair in Biomedical and Health Sciences， 大概是李嘉诚爵士捐款设置的位置。选Jennifer Dougna任这个头衔的肯定是科学院里的评委，又和李嘉诚的眼光有什么关系？难道说的是李嘉诚投资生财的眼光吗？
以下是事实： Zhang submitted a paper reporting mammalian genome editing on October 5, 2012, which appeared in Science on January 3, 2013 George Church submitted a paper on genome editing in human cells on October 26, his paper appeared back-to-back with Zhang’s in Science. 张锋在George Church实验室里做过博士后，他和George Church 的恩怨我以后会写。 其实有了在试管里成功的经验，怎样应用到真核生物是有迹可寻的，关键是执行。事实是George Church这篇论文也做了很久，并不是张锋提交论文之后才开始做的。好了，这个讨论到此为止。
以下是事实： Zhang submitted a paper reporting mammalian genome editing on October 5, 2012, which appeared in Science on January 3, 2013 George Church submitted a paper on genome editing in human cells on October 26, his paper appeared back-to-back with Zhang’s in Science. 张锋在George Church实验室里做过博士后，他和George Church 的恩怨我以后会写。 其实有了在试管里成功的经验，怎样应用到真核生物是有迹可寻的，关键是执行。事实是George Church这篇论文也做了很久，并不是张锋提交论文之后才开始做的。好了，这个讨论到此为止。 gigivivi 发表于 2023-08-03 08:08
不知道大家有没有听说过“基因编辑”（gene editing） 这个词儿， 这可是最近几年生物科技界除了“癌症的免疫治疗” （cancer immunotherapy, 也叫 immuno-oncology) 之外最火爆的词汇。之所以这么火爆是因为基因编辑的技术不但极大限度的推进了生物研究的进程，更提供了在人类疾病治疗上的无限可能性。
其实基因编辑这个概念并不是最近这几年才提出的，但这个技术是在2012年才取得突破。突破来自CRISPR/CAS9技术的发明，从某种意义上说，这个技术的发明是过去五十多年发现DNA双螺旋结构之后，生物界最重大的发明。 也许将来人们会使用一种新的纪年法， 2012年之前是BC （Before CRISPR）, 2012年之后是CE （CRISPR Era）。
先介绍基因编辑这个概念， wiki是这么说的： “Genome editing, or genome engineering is a type of genetic engineering in which DNA is inserted, deleted, modified or replaced in the genome of a living organism. ” 简而言之就是改写生物的基因组。这种改写可以是插入新的基因， 去掉原有基因，改造基因，还可以是用新基因取代原有基因。
改造生物的基因组，这个概念对大家来说应该不新鲜吧？从八十年代开始，就有用基因编辑的方法改造小鼠的基因组。过去三十年knock out （把一个特定基因敲掉）和 knock in （在基因组里插入一个特定基因）小鼠在生物研究领域得到广泛应用，极大地推进了人们对特定基因功能的认识。
基因编辑，从根本上说是利用了生物自体固有的同源重组功能 （homologous recombination）。同源重组大家在中学的生物课里应该都学了吧？还记得多少？简而言之就是两段相似的基因片段之间发生DNA序列的交换。Knock out小鼠， knock in小鼠，都是同源重组的产物。下面这张图介绍了同源重组的机制怎样制造基因的knock out 和knock in。 都看明白了吗？还需要解释吗？
从理论上来说，只要两个DNA片段之间有同源性，也就是在序列上相似，就有发生同源重组的可能性。而在实践中，发生同源重组的几率是很低的。要制造Knock out或者knock in小鼠，先把和目标基因有同源性（在上图中用蓝色片段表示）的外源基因引入小鼠的胚胎干细胞中， 只有极少数的胚胎干细胞会发生同源重组，把发生同源重组的胚胎干细胞挑出来，移植到母鼠的子宫里，然后就可以等着Knock out或者knock in小鼠的出生了。 影响这个过程效率的关键是同源重组发生的几率，这个几率是很低的。怎样才能提高这个几率呢？科学家发现如果目标基因的DNA有断裂，那么同源重组发生的几率就会大大提高。在下面这个图里，左边同源重组发生的几率要远远大于右边。
好了，现在我们知道要有效的编辑任何目标基因的关键，是能够在目标基因里引入断裂。现在咱们做个算术题， 人类基因组 有3x10^9个碱基对，要想编辑人类基因组里的任意目标，需要这个引进断裂的酶有连续读多少个碱基的能力呢？DNA有四种碱基 （A, T, C, G），一段4个碱基长的DNA片段有4^4=256 种不同序列的可能性. 4^16=4.3x10^9 , 这个数字和人类基因组碱基对的数量大致相当了。就是说，如果想高效地改造人的基因组里任意一个片段，需要有一个能切断DNA的酶，这个酶 要有至少能认出16个连续碱基的能力。
很长一段时间里，科学家找不到这么一个能连续读出任意16个以上碱基又能切断DNA的酶来用在基因编辑上。当当当！2012年，基因编辑领域终于取得重大突破，科学家发现CRISPR/CAS9 这个系统能承担这个工作。
介绍完了基因编辑的概念，现在我来讲讲CRISPR/CAS9的前生今世。
发现CRISPR/CAS9还是微生物学家的功劳。早在1987年，科学家发现大肠杆菌的基因组里有一些特别的DNA序列（叫CRISPR， Clustered, Regularly Interspaced, Short Palindromic Repeats），就像下图这样， 有很多重复序列（用黑色菱形标志），之间夹着长度大致相等的特殊序列（用不同颜色的正方形标志）。
这些序列有什么用途呢？科学家们一点头绪也没有。在接下来二十年里，又陆陆续续在很多不同种类的细菌里发现了这种序列。直到2005年，三个实验室各自独立发现，那些不重复的特殊序列来自专门感染细菌的病毒（叫噬菌体）的基因组。原来CRISPR这种序列是细菌自我保护的机制，如果一个细菌被噬菌体感染了又侥幸活了下来，这个细菌会选取一些噬菌体基因组里的序列插入到自己的基因组里，并且在插入的序列两边用重复序列标记出来，这样就在自己的基因组里留下了曾经感染过自己的噬菌体的DNA片段， 也就是产生了免疫记忆。如果下一次又被同一种噬菌体感染了，有免疫记忆的细菌一看，嘿！这个妹妹（噬菌体）我见过！之后就能够高速有效地把噬菌体的DNA切断。
有免疫记忆的细菌具体是怎样把噬菌体的DNA切断的呢？这里面的奥秘在2007到2008年渐渐被揭开了。细菌把自己基因组里的CRISPR序列转录成RNA， 如果碰到了和这种RNA序列能互补的DNA片段，就能用CAS9这个酶去把这个DNA切断。CAS9在噬菌体的DNA上切开口子以后，一系列下游机制会跟着发挥作用，把噬菌体的DNA链彻底销毁。 为什么细菌不会切断自己的基因组呢？因为它把插入自己基因组的噬菌体DNA片段两边用重复序列（就是上图里的黑色菱形）标记出来了。
用来识别噬菌体DNA片段的RNA序列有20个碱基那么长， 能识别任意20个碱基长的DNA片段，又能把这个DNA片段切断。如果你是基因编辑领域的研究者，这时候你的脑子是不是该“叮”地响一声？
这下基因编辑领域的科学家群情激昂， 就看谁能先证明CRISPR/CAS9系统能用于基因编辑了。
2012年6月， UC Berkley的科学家Jennifer Doudna 和University of Vienna 的科学家Emmanuelle Charpentier联合在“科学”杂志上发表了一篇文章，证明在试管里CRISPR/CAS9的系统可以用来作基因编辑。他们以UC Berkley的名义在2012年5月递交了关于使用CRISPR/CAS9进行基因编辑的专利申请。
六个月之后，也就是2013年1月， Broad Institute （这是一个由MIT和哈佛联合成立的生物科学研究机构）的科学家张锋的实验室也在“科学”杂志上发表了一篇文章，这次他们证明的是CRISPR/CAS9系统能用来编辑哺乳动物细胞的基因组。Broad Institute在2012年12月提交了专利申请。这下就看出来公立机构（UC Berkeley是加州政府办的）和私立机构之间基金充裕程度的不同了， Broad Institute不但提交了专利申请，还多花钱申请了加快审批 （fast-track review process）。 2014年4月， 美国专利局（United States Patent and Trademark Office）批准了Broad Institute的专利申请。这时候UC Berkeley的专利申请还在审批过程中。
现在八卦一下这个张峰博士。他是中国人， 1982年生。十一岁那年， 他和母亲一起移居到美国的爱荷华州。这又是一个华人小天才， 18岁那年得到了 Intel Science Talent Search的第三名，22岁从哈佛本科毕业 （还曾在庄小威的实验室里待过），27岁从斯坦福大学博士毕业，在Harvard 大学的George Church实验室里做了一年半博士后以后，他就成为Broad Institute的助理教授。 2013年在基因编辑领域取得突破后获奖无数。
2015年4月，UC Berkeley要求美国专利局撤回对Broad Institute专利的批准。理由是UC Berkeley 早在2012年5月就递交了专利申请，而且他们的专利声明（patent claim）更广泛，把在原核生物真核生物哺乳动物里的应用都覆盖了。 Broad Institute的回答是UC Berkeley 在2012年只证明了CRISPR/CAS9系统能在试管里编辑基因，并没有用实验数据证明这个系统能在哺乳动物细胞里工作。 UC Berkeley说在试管里能工作，当然在哺乳动物细胞里也能工作，这是显而易见的 （obvious）。 Broad Institute 说我们也是通过一番努力克服了很多困难才在哺乳动物细胞里证明的，哪有那么显而易见！
2017年2月美国专利局的判决出来了， 支持Broad Institute的说法。然后UC Berkeley就开始了（现在还在）漫长的上诉之路。
（等我这两天再更新过去五年的故事）
🔥 最新回帖
ATCG不是人类的源代码，它类似于经过编译的高级语言比如C的二进制可执行文件。所以你看到的只有类似于0，1的ATCG字符串组成的文件，完全没有逻辑设计思路，而只有功能表达。整个系统是黑盒的。
真正的身体源代码应该类似于光刻机和芯片设计，意识源代码应该类似于人工智能神经网络。
这套代码系统的掌握者只能是高级文明，或者神，它的能力甚至远高于我们想象中的神。
你说的这个和lz说的还不一样，lz用改衣服比喻更正确一点。CRISPR确实是去改基因组的源码（ATCG源码序列），但CRISPR的问题在于它改了它想改的地方，但同时会在别的地方引入不想改的变化（就是所谓的off-target），而这些不应该改的改动会带来什么样的潜在后果，是不好预测的。前几年贺建奎用这个技术改人类胚胎细胞的基因组引起那么大的震动，就是这个原因。
至于小鼠敲掉一个基因以后会有什么后果，那是后续功能问题，是可以设计实验学习理解的，这也是CRISPR这项技术在科研上的主要贡献。但是，医疗实际应用上还得另说。
做衣服改衣服，都是在衣服这个物体上操作，就是说在同一个domain。原代码和二进制码不是同一个domain。没有人会在二进制码上debug。删改二进制码有可能把原代码改的面目全非。给小鼠knock out 一个gene，最后产生什么样的结果，是无法预测的。
我只讨论有记录的公认的事实，好吧？而且写这篇的最主要目的是给大家科普，不是给事件和人物定性。
🛋️ 沙发板凳
谢谢支持！
嗯，据说他是一个讲话轻声轻气的人，是这样吗？
楼主描述的好清晰！ 期待继续。忽然想起了新冠疫苗的争议，mRNA in vitro 更改肝细胞DNA！
谢谢夸奖！我会继续努力的
替你顶一顶，也呼唤chat版主能做点啥，这样高质量的原创无论如何值得支持
等我回头慢慢写哈
搜了一下，两位诺奖得主之一，UC Berkeley 的Jennifer Dougna 是英国皇家科学院 （The Royal Society）的外籍院士，她在这个协会里的title 是Li Ka Shing Chancellor's Chair in Biomedical and Health Sciences， 大概是李嘉诚爵士捐款设置的位置。选Jennifer Dougna任这个头衔的肯定是科学院里的评委，又和李嘉诚的眼光有什么关系？难道说的是李嘉诚投资生财的眼光吗？
有八卦，没有内幕 😁
我觉得就是学界分猪肉 因为专利给了张峰 所以诺贝尔给了Jennifer 就事论事 当然不obvious 在试管里成功不代表能在哺乳动物体内成功 就相当于在哺乳动物里成功不代表在人身上成功一样
Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier得的是诺贝尔化学奖，奖励她们发现了CRISPR/CAS9 的机制，这本质上是一个生物化学的反应，她们成功在试管里让这个反应发生了，所以把奖发给她俩很说得过去。张锋的贡献是证明这个反应也可以在真核细胞里也可以发生，本质上是对这个机制的延申应用。化学奖不给张锋我觉得很公正。假如CRISPR的奖再过若干年等医学应用成功了才发的话，可以发个诺贝尔医学奖，那样的话包括张锋才名正言顺。
同样的主题 发两次奖 不太可能 当然诺贝尔奖也不等同于贡献 就是个奖而已
是啊，我就是这个意思，已经发了化学奖了，就不会再发医学奖了，所以张峰因为crispr 得诺贝尔奖的机会很小了。不过人家还年轻，谁知道以后几十年又会在哪个领域做出重大贡献呢？
31楼改了一个字，把“再发”改成“才发”，这样意思就明白了。
只见过一两面，说的不多。有个合作项目，email联系多次。都很快回，说话也很客气，对他印象挺好的。我一直觉得要不是因为他是华人，Nobel应该也有份的。
我工作中合作过的所有所谓“成功”人士，都是秒回email的，这不仅是人家工作态度好为人平和的表现，也是人家工作效率高执行能力强的表现。
这个确实是。半瓶子醋的才晃荡的厉害
这个像计算机发展里 academia 搞出算法后，认为工业界的 contribution 都是些 implementation details
直到张峰发现怎么在真核细胞里做。然后这个UC Berkley的Jennifer Doudna也就突然说自己本来就知道怎么做。
实际上原核细胞能做到，但根本不可能直接在真核细胞里做
一个小胖子。最近开始减肥了。
所以啊还是得找到写程序的那个人开放源代码，用编译后的二进制文件搞逆向工程，打开方式就先错了
哈哈哈，完全看不懂你在说什么。我的信念是，如果别人没听懂你的话，问题是发言人的而不是听众的。😁
嗯嗯，回头我仔细讲讲为啥在真核细胞里能使用不是显而易见的。
笑眯眯地说，你看过我的珠峰贴和艺术馆贴吗？质量也很高哒😄
哈哈哈小胖子
所以我觉得把patent发给张峰很合理呀！
几年前有华人教授也是很意外没拿到医学奖
那个故事回头我也写写。
我是说如果能从0制造出一个人（非克隆，非生殖），才能理解遗传和后天疾病是怎么产生的，基因工程就是在几乎完全不了解制造方法的情况下强行改造别人的产品，而且连厂家是谁都不知道
层主的原帖：“我是说如果能从0制造出一个人（非克隆，非生殖），才能理解遗传和后天疾病是怎么产生的，基因工程就是在几乎完全不了解制造方法的情况下强行改造别人的产品，而且连厂家是谁都不知道”
我的回复：“谁说不会做衣服就不能改衣服？我就不会做衣服，经常自己手动改衣服，改得还相当好呢！前儿才花了四个小时，用手把一条裙子改短了，看到的都夸我能干呢！😁”
不能这么说。 另外一个白人，文章和两个诺贝奖差不多，晚了一点点，也没有获奖。 如果发给三个人，应该是哪个白人。
看医学奖吧。
我也觉得code breaker写得一般，不够引人入胜
多谢解释
mm 出links吧。我去看。。。
哈哈哈这个回答好妙。不过楼主引用不了层主，可以把那个层主的评价补上，然后再ref你自己的改衣服贴，这回复就信息满满了。
好呀
珠峰贴： https://huaren.us/showtopic.html?topicid=2924965 艺术馆贴： https://huaren.us/showtopic.html?topicid=2937656
嗨我就写了几篇拿得出手的，成天跟公鸡打鸣似的四处推销。😁
Code breaker基本是以Jennifer Doudna为视角写的，因为这本书写得不够引人入胜，连带我对Jennifer 这个人也兴趣不大。要是我有时间的话再搜搜她的故事，了解一下。
手动点赞科普基因编辑。楼主请继续。Mark以后慢慢看珠峰贴
嗯， Jennifer Doudna是做RNA结构出身的。
嗨，科普吗，不需要什么文采，只要把逻辑理清话说明白就行。我老实承认我写东西没啥文采，幽默感倒是不少。😁
要是没有张峰发明了真核细胞的应用，基本可以肯定Jennifer Doudna 和 Emmanuelle Charpentier得不了诺贝尔化学奖。 原核细胞还有其它基因编辑的机理手段
George Church的lab差不多在同一时间和张锋发表了真核细胞应用的文章，没有张锋的证明，一样有George Church实验室的证明。
wow... 太有才了！！！
嗯，我是学生物出身的。
谢mm科普八卦！最想看第5
cripsr的效率已经不是问题了，何况很多遗传病的治疗不需要很高的效率，能有10% 细胞被改变，很多病就完全足够了，现在新的工具酶也使专一性也大大提过了。中国现在这方面的研究已经领先了。
pd1这样的抗体药也就是在美国能有高利润，每个抗体药在中国有n家竞争了，直接都快变成蛋白粉的价格了，即使k药在中国也因为竞争比美国便宜很多。现在边远城市的患者都可以用上抗体药了，而且很多还进了医保，都是一群做生物做化学的做爆肝的结果
不知道Church同时发了什么文章，只知道Church没有卷入争议。那两个人并不是同时，是有时间差的 但是你没见George Church有那么多专利，那么多公司，而且涉及面很广吗?其实都是博士后的。都在一个学校工作，张峰的学生都能给Doudna写信，谁知道Church的信息哪里来的？他不可能什么都做，他怎么想起来做什么都做的？而且还同一时间。
别忘了，张峰是先申请的专利，再发文章
well，要是讲阴谋论的话，这就没边了。我只列举事实，不讨论动机和可能的原因。
不是阴谋论，是说有一个人有了发明，其他人都可以把鸡蛋很的容易立起来。
那两个人并不是同时，是有时间差的。Church的专利申请都晚了一年。
张峰的错误就是专利只写了自己的名字，没有给手下挂个名，所以手下告密，毕竟换个人可能就做不出来了。 不然doudna机会就小多了。等她知道，就一年以后了
Zhang submitted a paper reporting mammalian genome editing on October 5, 2012, which appeared in Science on January 3, 2013 George Church submitted a paper on genome editing in human cells on October 26, his paper appeared back-to-back with Zhang’s in Science.
张锋在George Church实验室里做过博士后，他和George Church 的恩怨我以后会写。 其实有了在试管里成功的经验，怎样应用到真核生物是有迹可寻的，关键是执行。事实是George Church这篇论文也做了很久，并不是张锋提交论文之后才开始做的。好了，这个讨论到此为止。
Doudna得倒告密，也很快发了文章。 没差几个月，也可以说同时
不知道你想说明什么，严格地说，在同一份杂志上发表back to back 论文可以称之为同时，差了几个月才发表不可以叫做同时。
中国的公司在做fast follower这方面是很强，但是就是内卷啊，一旦中国玩家进入，就做成白菜价，其他人都活不了了，药物研发本来就是死99个药，才能成一个药，所以欧美都让这一个成了的药死赚一笔，不然谁还敢投入研发。 中国的PD(L)-1已经是白菜价了，算上搞研发费用没有几家能回本的
你没学过计算机，看不懂是正常的。我觉的那位层主说的很有道理。dna/gene序列可以看成是是算法和原代码通过编译器生成的二进制码。真正的工作原理在原代码里，靠二进制码来破译原代码是有局限性的。
因为所谓的同时，并不是同时。是做了很久，然后突然一下就同时了，非同校就很难同时，有几个月的时间差。但是Doudna还是说自己是早就有了想法，还拿出了证据。当然美国专利局认为不支持，虽然欧洲专利局接受。
当然你可以说是阴谋论
我前面回复过，不会做衣服也可以改衣服，同样的，不知道源代码也可以debug
我只讨论有记录的公认的事实，好吧？而且写这篇的最主要目的是给大家科普，不是给事件和人物定性。
做衣服改衣服，都是在衣服这个物体上操作，就是说在同一个domain。原代码和二进制码不是同一个domain。没有人会在二进制码上debug。删改二进制码有可能把原代码改的面目全非。给小鼠knock out 一个gene，最后产生什么样的结果，是无法预测的。