基因编辑的分子基础
DNA就想两股搓一起的绳子。Cas9是一个能在细胞内切开DNA双链的酶。但Cas9本身不能定位。在guide RNA的引导下找到靶点，CAS9然后切开DNA的双链。切开后，修复的事情其实是细胞自己作的。分两种情况：
1。不提供修复模板：细胞里面的机器就简单地把切点两头连起来。这种情况往往是在连接的地方删减或添加几个碱基对（bp)。如果删或添加的数量不是3的倍数（遗传学里，三个碱基对决定一个蛋白质分子上的氨基酸，这就是遗传密码。），就会导致reading frame shift，从这个点之后开始乱码（和计算机上老式输入汉字一样，一个汉字是两个字节,一个英文字母（拼音）是一个字节, 以前输入汉字，要有一个字节的差别，后面汉字就乱码。）。这个方式是用来敲掉基因的功能的--当细胞自己修复好，研究人员要一个细胞一个细胞（或克隆）的筛选，找删/添的数量不是三的倍数的细胞。看起来贺博士用的基因编辑方式就是这个原理--不提供细胞修复模板，让细胞自己来，然后挑选合适的胚胎。所以，删或添加多少个bp，操作人员没有控制。但可以选不同的细胞/胚胎。
2。提供修复模板。细胞会按模板来修复（homology-directed repair，HDR)，这是精确突变的方式，可以把欧洲天然的delta32搞进去。这个方式的风险是成功率极低，他可能需要几十个受精卵来作（或更多！人的卵细胞平均一个月才一个啊。），才能拿到他要的。这个方法我在细胞水平作过，还用了两个guide sequences把基因切掉一节，然后修补。所以，理论上可行，但现在的基因编辑系统的效率，我严重怀疑能做成。
（为了减少off-target,提高精准度，对Cas9进行突变，让它每次只切DNA两条链中的一条。这样，要把DNA“两股绳子”完全切断开，就必须是在两股上各切一个点，两个切点还不能太远。这样造成的nick--如果两个nick足够近，大约200 bp以内，就可以让DNA断开，然后模板修补。这种off-target就少很多。）
下面是贺博士的基因编辑效果示意图：
-15那个难说，至少目前的知识，让人担心有可能不能防HIV感染。剪掉15个后，后面氨基酸不会乱码，有生物常识的人不会拿去怀孕。（除非他有information这5个氨基酸是病毒进入细胞至关重要的，但我严重怀疑。）
-4/+1那个没有问题，是他设计的目标。他设计的就是敲除功能。就目前的生物知识来讲，和天然的delta 32功能上应该一样。乱码后出现的蛋白质片段有功能的那是中lottery的概率，当然，那还是又可能，就不能100%保证。但-4/+1确实是他设计想要的。这个懂基因编辑的从技术上不会责难他。
精准引进欧洲天然的delta32，他的设计基本没有可能。大多数随机的删/添加都是10个以下的bp, 两个拷贝同时是删32，可能性太低。而用HDR的方式，说实话，我怀疑现在的技术能做到。理论上可能，但实际上概率太低。
潘多拉盒子已经打开，政府立法是唯一出路
刚看了一篇朋友介绍的文章，哈佛医学院迎着批评中国基因编辑baby的风暴，准备打擦边球，从人的精子开始基因编辑。美国法律是NIH的经费不能做胚胎试验，麻省法律也不能作胚胎的研究，只能另找地方。其实，上个月领头的科学家还在中国考查。。。
他想做的是老年痴呆的遗传病，好像是一个碱基对的改变。很可能不需要贺博士的基因编辑的basic版本，而是David Liu博士在develop的碱基修改技术。就是不用切断DNA，而是定点直接修改DNA上的碱基。但无论如何，最后是要到胚胎和人的。
哈佛医学院的院长参加了香港的会议，在贺博士的talk之前发言。他事后没有谴责（condemn）贺博士。他觉得是可以考虑用基因编辑来防止疾病的时候了。他自己要修改的基因名单里就有贺博士刚改了的ccr5基因。他批评贺博士的主要问题是这个胚胎研究过程不透明。这种探索阶段的研究，透明度高，集思广益，其实对政府调控部门和科学家本身也有好处。
哈哈，文章里说领头搞老年痴呆的那个科学家在同事里咨询过，基本都同意基因编辑的方式来对付遗传病。。。哈佛这么多科学家这么疯狂啊！其实当基因编辑技术出现的时候，修改人类基因就是可预见的。修改人类基因对于懂这个技术的人来说，就象电影The Lord of the Rings里的魔戒。而技术本身并不需要多先进的仪器，不在乎科学伦理的人，一个大学作发育的实验室加一个能作试管婴儿的医院，就差不多了。。。
（二0一八年十二月二日）
