DNA上动“手术”——神奇的CRISPR - Cas9 技术（上）
六、《解码者》——詹妮弗・杜德纳传记
七、学习运用 CRISPR - Cas9 系统
八、让基因剪刀修改人类细胞基因
DNA上动“手术”——神奇的CRISPR - Cas9 技术（下）
六、《解码者》——詹妮弗・杜德纳传记
沃尔特·艾萨克森（Walter Isaacson）是美国著名传记作家，以跨越科学与人文的独特视角，将天才人物的创新历程转化为极具感染力的叙事记载。其作品既是对人类创造力的礼赞，也有对技术伦理的深刻叩问。
《解码者：詹妮弗・杜德纳、基因编辑与人类未来》（The Code Breaker：Jennifer Doudna, Gene Editing, and the Future of the Human Race）是沃尔特·艾萨克森对发现 CRISPR - Cas 系统的人物传记，或者更贴切地，应称是开创 CRISPR 领域的英雄传。
在这部著作中，他不仅详述杜德纳等先锋们在实验室中的突破历程，更深入探讨基因编辑技术将对人类未来产生的正负影响，以及对道德伦理的考量权衡。并通过记录杜德纳与他人在 CRISPR 领域突破时和应用中的各种竞争和合作，使读者得以窥见这些顶尖人物，在科学发现和技术应用幕后的激烈博弈和复杂人性。
该书被《自然》杂志评为 “21 世纪最重要的科学史著作”，且由王宇涵翻译，中信出版社于 2022 年出版了中文版。
七、学习运用 CRISPR - Cas9 系统
为了更“感性”地认识和理解 CRISPR - Cas9，我们不妨跟随沃尔特·艾萨克森步伐，走进实验室，拾起“基因剪刀”，进行一番实实在在操作，真真切切感受 CRISPR - Cas9 的魅力和神奇。
（以下根据《解码者》一书第45章“学习编辑”改写。此章内容清晰准确演示 CRISPR- Cas9 系统，在试管中和人类细胞内，如何发生作用和产生结果。）
撰写这本长长传记的某一天，沃尔特·艾萨克森觉得自己在 CRISPR 先锋们的世界里已浸润那么久，忽然想以自己的亲历方式，更深入地触摸这个领域——不再是作为记录者，而是作为参与者。
于是他打定主意：亲手学用 CRISPR - Cas9，实实在在地编辑 DNA，让那些曾在过往访谈里听过无数次的“基因剪刀”，真正在自己指尖下活动。
当然，他选择的是加州大学伯克利分校（UC Berkeley）杜德纳的实验室。
推开工作室门，上午阳光斜斜落在实验台上，那些随意堆叠的离心机、移液器和培养皿，像是还带着 2012 年夏天的温度——正是在同样凌乱的空间里，杜德纳团队第一次让 Cas9 在试管里“认对了”DNA。
他想在这里重走那些里程碑式的步骤：先复制杜德纳与沙尔庞捷 2012 年 6 月论文里的试管实验，再尝试张锋、丘奇和杜德纳在 2012 年底完成的人类细胞编辑。（张锋、丘奇，也是 CRISPR 领域的先锋和领军人物。）
为他引路的是嘉文·诺特。
这位来自澳大利亚的年轻博士后，留着修剪整齐的胡须，带着点笑意，轻松自然地叙述试管中即将出现的那些的秘密。
研究生时，他就铆足了劲要找一类特殊的 CRISPR 相关酶——它们不碰 DNA，专盯 RNA。他曾给杜德纳写过一封自荐信，字里行间全是“想在您这里实现这个目标”的执拗。那时杜德纳团队已在研究 Cas13 酶（Cas13 酶既切割双链的 RNA，附带也切割单链 RNA，可用于 RNA 编辑和 RNA 病毒检测。笔者注）。
诺特笑着说：“杜德纳关注这领域比我早得多。”可她还是让他以博士后身份加入。如今他不仅扛着实验室的常规研究，还是 DARPA 安全基因项目小组的一员。
进了实验区，艾萨克森穿上实验服，护目镜在鼻梁上压出浅浅的印子，往手套上喷酒精时，冰凉的液体顺着指缝渗进去，竟让他生出一种“此刻我也是这精密链条一环”的错觉。
诺特把他带到超净工作台前——塑料挡板后的通风系统轻轻嗡鸣，像在守护什么秘密。
正要动手时，杜德纳——她的白大褂下摆带着风——闯了进来。她的牛仔裤裤脚还沾了点草屑（后来才知道她早上遛了狗），黑短袖衬衫上 “IGI” （Innovative Genomics Institute，创新基因组学研究所）字样被大褂拉链磨得发白，却透着一股不必刻意的精致松弛。
她快速扫过每个学生（包括艾萨克森）的实验台，指尖在一个培养皿边缘顿了顿，就转身匆匆离开——她总这样，既得盯着试管里的细节，又得牵着研究所的全局。
诺特给他的实验任务，是对付一段“不怀好意”的DNA——它带着能让细菌抵抗氨苄西林的基因。
“让 Cas9 带着向导 RNA，把这个基因切断。”诺特边调试剂边说，“我们现在用的 Cas9 酶，已被人工编入一段 DNA 内，实验室里会养细菌的人，就能批量造出来。”
见艾萨克森眉头微蹙，他接着补了句：“嫌麻烦？网上买更方便。IDT、Gene Copoeia 这些公司，85 美元能买 Cas9，95 美元能买能将之送入细胞内的试剂盒，跟网购一本书差不多。”后来，艾萨克森真去查了，IDT 官网上赫然写着“提供基因组编辑全套试剂”，语气轻松得像在说“我们卖的是铅笔”。
诺特从柜子里翻出个老式冷藏盒，里面整整齐齐码着小瓶子，冰袋正在底下慢慢融化。
“这盒子可有来头。”他转了转盒子，“马丁”两个字磨得发浅。那是前主人马丁·吉尼克的——2012年，正是吉尼克在实验室里，用这盒子装试剂，第一次在试管里证明 Cas9 能精准切割 DNA。“吉尼克去苏黎世创建新实验室时，把它留给了我。”诺特的语气里带着点继承家业的郑重。
（马丁·吉尼克，Martin Jinek，是2012年《科学》上发表——从而一举奠定诺贝尔化学奖项——那篇最重要论文的第一作者。见《下篇》尾部的参考文献3。笔者注）
艾萨克森握着盒子的边缘，冰气透过塑料渗到手心，忽然觉得自己握住的不是一个容器，而是一段还在呼吸的科学史：吉尼克当年的操作，如今要在自己手里重演。
在诺特的指导下，他用移液器把试剂按比例混合。而置于温箱里的10分钟，焦虑感就像人们正等待一位尊贵客人那样。随之把成品加染料，诺特说：“这是给DNA‘上色’的，好让我们看清结束时它有没有被剪断。”电泳仪启动时发出轻微的嗡鸣，电流穿过凝胶，把送入的不同长度 DNA 分子推向不同的位置——这原理和杜德纳当年在论文里写的一模一样。打印机吐出图像时，诺特突然提高了声音：“看！教科书级的成功！”
艾萨克森盯着那些明暗条纹，忽然懂了：那些交错的纹路里藏着 CRISPR 最本真的脾气——你给对了向导 RNA，它就给你整整齐齐地切割目标 DNA。杜德纳和沙尔庞捷2012年在《科学》论文里附的图，大概也是这样的纹路，只是那时，它们正揭开隐藏在试管中生物学的大秘密。
离开实验室时，电梯里撞见了杜德纳的丈夫杰米·凯特。艾萨克森把图像递给他，凯特指着两栏底部模糊的条纹问：“那是什么？”多亏诺特提前“补课”，他答得干脆：“DNA。”过一会儿，凯特发了条推文，附了艾萨克森和诺特在实验台前的照片，配文：“沃尔特·艾萨克森通过了我的突击测验！”
而艾萨克森坐在实验室外的长椅上，指尖还留着移液器的塑料凉意，屏幕上那句“通过了突击测验”让他笑了——他当然清楚，诺特才是那个让条纹乖乖显影的人。但那瞬间的错觉里藏着个朴素的真相：科学从不是孤军奋战，就像杜德纳的团队里，总有诺特这样的年轻人接过冷藏盒，也总有凯特这样的旁观者，用一句玩笑就把“突破”拉到烟火人间。
八、让基因剪刀修改人类细胞基因
下一个目标，是编辑人类细胞内的基因——重现张锋、丘奇和杜德纳在 2012 年底跨过的那道坎。
这次和艾萨克森组队的是珍妮弗·汉密尔顿。这位西雅图姑娘笑起来分外灿烂，眼睛却弯成月牙。
说起改造作为传送工具的病毒时，她的指尖会无意识地敲着实验台，像在给基因编辑的节奏打拍子。她在纽约西奈山医学中心拿到微生物学博士，2016 年杜德纳给西奈山女性科学家小组做报告时，她作为学生陪在旁边。“那天听她讲 CRISPR 的未来，我突然觉得，这就是我想跟着走的人，”汉密尔顿回忆说。
杜德纳在伯克利筹建创新遗传学研究所时，特意把她招了进来。这个汇集了湾区顶尖研究者的机构，有个明确的目标：把 CRISPR 工具送进人类细胞，变成治病的药。“我擅长改造病毒，正好能用它们当‘快递’，把 CRISPR 送入细胞里，”汉密尔顿说。2020 年新冠疫情最紧急时，实验室急着找方法把 CRISPR 药物送进人体细胞，而她这手“改造病毒”的本事，突然成了最关键的一环。
动手前，汉密尔顿指着培养皿里的人类肾细胞说：“这可比试管里的 DNA 麻烦多了。”前一天和诺特编辑的 DNA ，约 2100 个碱基；而人类细胞里的基因组，有 32 亿个碱基对。“做实验像是在摊开的百科全书里，找到一个指定的单词，之后还要改对字母。”
当然，这里的难点不再是“切”，而在“进”。她调着细胞核转染仪的参数，“得让 Cas9 先穿过细胞表面的膜，再钻过细胞里面的核膜，然后在 32 亿个碱基对里，翻天覆地般地前后搜索，寻找那串目标 DNA，最后，还得劝说细胞‘愿意’接受送进模板的改动。”
艾萨克森想起张锋曾在访谈里说：“试管里的 DNA 是死的，人类细胞是活的——活的东西会反抗。”当电脉冲在培养皿上泛起微光，那些肾细胞在显微镜下慢慢舒展，他突然懂了：试管里的切割像是“命令”，细胞里的编辑则是“谈判”——你得“哄着”细胞膜开门，劝细胞核接纳工具，还要等 DNA 自己“愿意”修复。这哪是简单的技术升级，分明是从“控制”到“协作”的跨越。
实验的设计还藏着巧思：所用的人类细胞先前已被改造过，带着能发蓝光的基因。实验的一项，是用 Cas9 切断这基因，让它不再发光；而另一项，则是切断后，再给上一个“模板”，让细胞在发光基因中，改动三个碱基对——本发蓝光就会变成发绿光。
细胞核转染仪发出“嘀”的一声后，汉密尔顿摊摊手：“现在，我们得等细胞自己做决定了。”
看结果已是两天后，显微镜下的景象像场微型灯光秀：没有进行基因编辑的对照组，蓝光密密麻麻，像撒了把星星；只切割没给模板的那组，黑沉沉的一片；而既切割又给了模板的那组，绿光点在视野里慢悠悠地晃动——像星星换了颜色。
艾萨克森盯着那些绿光，突然觉得自己成了这场“谈判”的见证者，而真正促成交易的，是汉密尔顿那双调参数时稳得没一丝颤抖的手。
“不必为这些被改造的细胞担心——它们最终都混着氯漂白剂冲进了下水道。”但艾萨克森站在水槽前洗手时，指尖的消毒水味里，藏着一个更清晰的认知：基因编辑的技术门槛，早已不再“高深莫测”。一个大学生，或者一个掌握基础操作的研究者，只要能网购试剂、会用移液器，就能叩开这扇门。
看着水流把痕迹冲干净，他忽然想起杜德纳常说的一句话：“工具越锋利，越要想清楚该剪向哪里。”而他此刻最真切的感受是：当科学从实验室的“秘密”变成触手可及的“工具”，人类最需要的，或许不是更厉害的剪刀，而是更清醒的敬畏。
