新的基因编辑技术为消除我们DNA中的突变打开了大门。
通过亚历克斯梅肯|伊丽莎白·拉文肖像
给埃里克·奥尔森博士的信件和电子邮件来自世界各地，几乎每天都有。他们遵循一种模式。几乎都是母亲写的。通常会有一个男孩或年轻男子的照片，通常已经坐在轮椅上。这些信息都在说同样的两件事:“我的儿子快死了。”“你能解决这个吗?”
德克萨斯大学西南医学中心哈蒙再生科学与医学中心主任、分子生物学家奥尔森回复了所有这些信件。他说:“我可能不应该这么做，但我就是忍不住。”他的答案各不相同，这取决于3000种不同的基因突变中的哪一种导致了男孩的肌肉退化和心脏慢慢衰竭。
杜氏肌萎缩症没有治愈方法。它是由X染色体上的突变引起的，它阻止肌肉产生肌营养不良蛋白，这是一种重要的肌肉纤维蛋白，奥尔森称之为身体的“减震器”，没有它，肌肉就会退化。退化的;一个健康的婴儿变成一个坐轮椅的男孩，这个男孩变成一个戴着呼吸机的年轻人。大多数病人不到30岁就去世了。
然而，在2015年，德克萨斯州帕克大学22岁的本·杜普利(Ben Dupree)患有杜氏病，他来到奥尔森的实验室，发现自己看到了自己治愈了这种疾病的血液样本。实验室里的科学家，一头浓密的白发和随和的头脑让他看起来像一位慈祥的——也许还有点紧张的——生物学教授，他渴望向他的零号病人展示这一突破。
奥尔森说:“他来到实验室，和我一起通过显微镜观察，这太不可思议了。”“无论如何，世界上很少有人能看到自己的心脏细胞。在这个培养皿中，他可以看到我们从他的血液中提取的跳动的心脏细胞。我们可以添加这种基因编辑组件，现在他们正在制造他无法制造的蛋白质。”
奥尔森利用一种革命性的基因编辑技术CRISPR，将杜普雷的血液样本转化为心肌细胞，研究导致疾病的突变，在培养皿中重新创造，然后进行纠正。在培养皿中，杜普里的细胞第一次产生了肌萎缩蛋白。
“治愈”这个词奥尔森并不轻视。这一过程已经在老鼠和更大的动物身上得到了验证，但还需要进行临床试验，还需要进行进一步的研究。奥尔森的治疗只能阻止疾病的发展，而不能逆转它。基因编辑还引发了其他问题。像重写人类基因组这样复杂且未经测试的事情，有可能产生不可预见的副作用。然而，当你观看奥尔森和杜普瑞坐在一起的视频，在屏幕上看着病人大部分修复的心脏细胞，你很容易相信治愈是可能的。
奥尔森说:“你可以在一个人的整个DNA序列中找到一个错误——在他们的生命之书中——你可以修复它。”如果在出生时就对基因组进行测序，这可能不仅是杜氏肌肉萎缩症的答案，还可能是任何一种遗传性疾病的答案。
因此，当一位母亲写信给奥尔森，询问他是否能治愈她儿子的绝症时，他至少可以这样回答:“我们正在努力。”
CRISPR的前沿技术
德克萨斯大学西南分校的埃里克·奥尔森博士利用一种名为CRISPR的突破性基因编辑技术，开发出了一种可以阻止杜氏肌肉萎缩188博金宝网页官网症进展的治疗方法。他的研究有可能识别一个人的DNA突变，并纠正它们。
“你可以在一个人的整个DNA序列中找到一个错误——在他们的生命之书中——然后修复它。”
每5000个男孩中就有一个患有杜氏综合症，这是一种最常见的肌肉萎缩症。
没有基因组测序，就无法知道婴儿是否健康。但几年后，症状开始出现。
“通常在2到5岁之间，他们不能走路，他们走路都是跌跌撞撞的，”德州大学西南分校的奥尔森的同事、心脏衰竭/心脏移植心脏病专家普拉迪普·曼曼博士说。188博金宝网页官网孩子在操场上跟不上，上楼也跑不动。
确诊后，通常是通过基因检测或活组织检查来完成，父母必须决定何时以及如何告诉孩子有关疾病的信息。大多数男孩在13岁的时候就已经离不开轮椅了。由于杜兴的膈肌已经衰弱，患者在十几岁的时候通常需要呼吸机或其他辅助呼吸设备。这些男孩和年轻男子最终会在许多我们习以为常的事情上依赖一个照顾者:上厕所、洗澡、刷牙。大约三分之一的杜兴患者会出现某种认知问题，通常是自闭症。
医疗保健的进步——便携式除颤器和帮助心脏血液循环的心室辅助设备——现在让许多杜兴病人活到20多岁，这在15年前是不可想象的。大约70%的杜兴病人现在能活到成年。新技术也提高了生活质量，让病人可以操作轮椅、使用电脑，或者过着忙碌的生活。杜普雷在奥尔森的实验室里看到了他的肌肉细胞被修复，他在南卫理公会大学学习分子生物学，并一直在申请研究生院。他希望有一天能成为一名基因咨询师。
但这种疾病总是致命的，目前还没有有效的治疗方法。没有肌萎缩蛋白，心脏最终会解体。
当奥尔森发现他可以修复患有杜兴氏病的小鼠胚胎时，他开始发表他的一些关于新技术的研究:第一种不仅能治疗疾病症状，还能治疗病因的技术。如何将其转化为治疗患有这种致命疾病的人的问题出现了。2015年秋天，美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)向德克萨斯大学西南分校(188博金宝网页官网UT Southwestern)拨款780万美元，成立了参议员保罗·d·韦尔斯通(Paul D. Wellstone)肌肉萎缩症合作研究中心，由奥尔森和Mammen共同指导，这是美国仅有的六个同类研究中心之一
简而言之，它的目的是什么?想办法治愈杜兴。
医疗保健的进步现在使许多杜兴病人能够活到20多岁，这在15年前是不可想象的。大约70%的杜兴病人现在能活到成年。
三千种突变中的任何一种都可能导致疾病，如何找到治疗方法呢?
dystrophin基因是人类基因组中最大的基因，由一大段DNA组成。这项工作将是艰苦的。Wellstone中心联合了神经科医生、儿科神经科医生和一名心脏病专家与杜兴病人取得联系，并获取血液样本。因为每个病人的基因都可能有不同的突变，所以诀窍是制造不同的RNA向导来告诉CRISPR该在哪里切割来修复基因。
不负责任地使用DNA切片机可能造成的损害，导致时任美国国家情报总监詹姆斯·克拉珀(James Clapper)在2016年将CRISPR等基因编辑工具列为潜在的“大规模杀伤性武器和扩散武器”。这甚至还没有涉及到这种激进的新生物技术带来的一些伦理困境。是否有可能在某一天创造出“设计婴儿”，让人类跑得更快，或者拥有特定的眼睛颜色?如果科技继续进步，你能把整个物种编辑成不存在的物种吗?治好一个男孩的绝症是一回事。那纠正他母亲的DNA，让她从一开始就不会把遗传病遗传下去呢?
奥尔森的实验室在这方面很坚定。治疗患有这种疾病的病人意味着改变他们受影响组织(在这里是肌肉)中的DNA。编辑生殖细胞——治疗携带该疾病的母亲——则是另一回事。
“我们不想改变精子和卵子。如果你做生殖细胞编辑，假设它不精确，它对DNA做了一些改变，某种程度上你不想这样做。一旦那个病人，那个人，延续了他或她的DNA，它就会留在他们的后代中，永远留在人类基因库中。它再也回不来了。”
但滥用基因编辑技术的可能性并没有阻止资金和研究的投入，这些资金和研究正在探索CRISPR如何在许多领域使用。想象一下，经过基因工程改造的作物可以承受气候变化的影响，从藻类中提取的可再生生物燃料，或者用化石上发现的基因再造灭绝的动物物种。想象一下，就像奥尔森所做的那样，这项技术将如何应用到杜兴患者身上。
使用一种革命性的基因编辑技术，埃里克·奥尔森博士可以纠正导致杜氏肌肉萎缩症的突变。
当奥尔森的实验室突然想到，在肌萎缩蛋白基因的12个“热点”中可以找到导致杜兴的绝大多数突变时，他们打开了开发正确的引导RNA的可能性。
携带crispr的酶极其精确地在患者DNA的关键位置切割，编辑肌肉细胞，使其产生肌萎缩蛋白。在这种情况下，酶正在切断相当于基因的“停止信号”(这是Mammen的类比)，它过早地停止了肌萎缩蛋白的生产。奥尔森和他的团队在Ben Dupree的细胞培养皿中成功做到了这一点。
但这些是培养皿中分离的细胞。为了在小鼠身上测试治疗方法，奥尔森的实验室需要开发一种无害的病毒，可以在全身肌肉组织中传播引导RNA和酶。
理想情况下，他们研制的病毒会找到更多针对杜氏突变的细胞，并修复所有这些细胞。“希望它能找到每一个细胞，”奥尔森说。在老鼠身上，治疗使超过80%的肌肉细胞恢复了肌营养不良蛋白的产生，足以有效地阻止杜兴。最近在大型动物身上进行的实验也取得了类似的成功。现在的挑战主要在于扩大规模。
“你能制造出足够高质量的这种病毒来治疗所有可能从中受益的孩子吗?”我认为我们可以做到，”奥尔森说。“我认为这绝对会成功，所以这是90%的战斗。剩下的只是机制和生产，我认为情况会变得更好。”
奥尔森成立了一家新的生物技术公司Exonics Therapeutics，以加快这一过程。该公司获得了4000万美元的投资，正致力于将他的实验室发现开发为杜兴所用的新的基因编辑药物。
科学家们已经知道，这种疗法不能逆转肌肉萎缩症的影响。Mammen将Olson实验室正在研究的CRISPR技术的结果比作从杜氏肌肉萎缩症到贝克尔肌肉萎缩症的转变，这是一个显著的改善。贝克尔患者通常能够行走，并比大多数杜兴患者多活几十年，一直活到50多岁和60多岁。如果这种疗法在人类身上被证明是成功的，即使是那些十几岁的杜兴病人也会立即受益。“一旦你坐上轮椅，你就不太可能逆转某些功能障碍，因为肌肉细胞已经死亡了，”Mammen说。“但心脏也许我们可以挽救。我们可以将这种CRISPR/Cas9药物注射到他们的心脏，也许我们可以挽救心脏的一部分。”
在一个完美的世界里，至少在10年或10年以上的时间里，儿科医生将能够尽早发现这种疾病。杜兴的一个男孩将被绘制他的基因组图谱，以确定导致疾病的特定突变，找到包含致命错误的DNA字母。“这是个性化医疗的经典案例，”奥尔森说。在杜兴的病情恶化之前会给那个男孩注射携带crispr的病毒。在这个完美的世界里，奥尔森实验室的研究将鼓励和配合其他单基因疾病的基因编辑治疗的突破，我们将开始看到一些世界上最棘手的疾病被治愈。
这不是一个完美的世界，但这从未阻止科学家和医生们的尝试。
“你能制造出足够高质量的这种病毒来治疗所有可能从中受益的孩子吗?”我认为我们可以做到，我认为这绝对会成功，所以这是90%的战斗。剩下的只是机制和生产，我认为情况会变得更好。”
奥尔森是美国国家科学院和美国国家医学院的成员，一直致力于研究肌肉。
他和他的团队的干细胞研究经常在再生医学领域取得惊人的进展，奥尔森的工作在世界各地得到认可。他在达拉斯的家中也没有逃过人们的注意——4月，他受邀在乔治·w·布什总统中心的一个论坛上发表演讲，主题“将有助于重塑未来的几十年”，他是包括杰夫·贝佐斯和康多莉扎·赖斯在内的精选群体之一——或者他的音乐偶像之一威利·纳尔逊的认可。
十多年前，纳尔逊主持了一场有利于奥尔森工作的音乐会，奥尔森现在拥有德克萨斯大学西南分校干细胞研究的安妮和威利纳尔逊教授职位。188博金宝网页官网奥尔森在德克萨斯大学西南分校的办公室里挂着一张他和纳尔逊在“红发陌生人”巡演大巴上的照片，还有纳尔逊的其他纪念品，以及奥尔森自己乐队Transactivators的海报。Transac188博金宝网页官网tivators是以参与基因调控的蛋白质命名的。奥尔森和他的乐队成员以及其他北德克萨斯的科学家和研究人员一起演奏吉他和口琴。Transactivators已经在达拉斯和美国其他地方演出，并于5月在德克萨斯大学西南分校举行了75周年校庆。188博金宝网页官网
除了作为摇滚明星的兼职工作，奥尔森的工作是治疗杜兴(Duchenne)——肌肉疾病的“圣杯”——感觉就像他非凡职业生涯中自然而雄心勃勃的一步。这也意味着实验室科学家与病人在一起的时间比以往任何时候都多。奥尔森开始扮演这个角色，参加病人倡导团体的会议，并回复所有那些迫切希望治愈的家庭的信件。
当奥尔森接受杜普里(他的零号病人)的媒体采访时，记者几乎总是问杜普里，知道这种革命性的CRISPR疗法还需要数年才能用于人类是什么感觉。知道这救不了你是什么感觉?杜普利知道他是拯救成千上万其他年轻男子和男孩生命的努力的一部分，这让他感到安慰。与此同时，消息源源不断地涌来，这些母亲的信都是儿子即将死去的人寄来的。
奥尔森不能给他们的儿子解药。还没有。但他可以给他们别的东西。他可以给他们希望。
遗传剪刀
当与公众和记者谈论CRISPR时，科学家喜欢使用简单的类比。您经常会看到它与数字文字处理器中的“查找和替换”功能相比较。CRISPR有两个组成部分:Cas9蛋白酶和引导RNA。朗达·巴塞尔-杜比博士是德克萨斯大学西南分校的分子生物学教授，也是威尔斯通中心的成员，他把CRISPR称为“基因剪刀”，188博金宝网页官网这是一个更好的选择，而不是读出它的首字母缩略词的意思:有规律地聚集在间隔回文重复。
CRISPR技术在2012年首次兴起，作为一种工具系统——主要是受自然细菌免疫系统的启发和利用——来引导一种具有改变基因DNA序列能力的酶。这些酶实际切割DNA链。最常用的酶是Cas9，尽管科学家们不断为新酶申请专利，专利中有一系列令人眼花缭乱的首字母缩略词和数字:Cpf1, Cas13, CasX。因为人体的每个细胞都有大约30亿个DNA字母，或者相当于1000本圣经的叠加(这是奥尔森的类比)，你需要一种GPS系统(这是巴塞尔-杜比的)来确保基因编辑酶到达正确的位置。
这种导航系统以向导RNA的形式出现，它通过惰性病毒的“剪刀”传递到体内。RNA序列将找到它的互补DNA链，科学家可以定制一个RNA指南，以达到他们所针对的精确的DNA序列。比如，产生肌萎缩蛋白的基因突变。
由于杜兴是一种单基因疾病(由一个基因突变引起)，它非常适合用于CRISPR治疗，它就像基因剪刀一样，剪断有害的突变，并通过自然的细菌免疫系统进行修正，改变人的DNA。其他可以用CRISPR治疗的单基因疾病包括亨廷顿舞蹈病和镰状细胞贫血。
“你可以用基因剪刀进入你的DNA，但你不希望剪子剪到任何地方，所以你需要一个向导，”巴塞尔-杜比说。“我们花了很多时间来确保我们使用的是正确的引导RNA，因为，正如你可以想象的那样，如果引导RNA没有到达正确的地方，你就可以进行错误的切割。”
