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返老还童将成真 斯坦福教授解说生命编程技术(组图)
人气: 3433 日期: 2016/11/7如果有一天，艾滋病、乙肝等从地球上消失。
如果有一天我们可以根治癌症。
如果秃头、肥胖、近视都能够被治疗。
如果有一天，我们可以返老还童。
世界会不会更加美好？
探长获悉基因编辑和干扰技术有望将这些梦想都变成现实，于是潜入腾讯WE大会，聆听了斯坦福大学Lei Stanley Qi（亓磊）教授关于“编程生命”的演讲。
（基因编辑领域专家、斯坦福大学生物工程系和化学与系统生物学系助理教授亓磊）
我们可以把人体看成一台DNA的计算机，一台生命信息的计算机。
基因的基本形态是DNA，DNA编码了RNA，RNA又编码了蛋白，蛋白产生了复杂的功能。基因信息的横向流动构成了我们的生命，在每一个人体内都有这样的DNA、RNA和蛋白的分子，一旦这种信息流动出错，我们就会得病。
人类的疾病其实可以简单的分成两类，一种是人体获得了不该得到的东西造成的疾病，第二种是你丢掉了一些需要的东西造成的疾病。
那么，如果我们能像计算机一样，给人体添加一些按纽：比如说其中一个按纽是“更改”，当按下这个按纽的时候任何发生错误的DNA就会发生自动的修复，帮助我们纠正这些疾病；再比如另外一个按纽“删除”，可以帮助我们删除不想要的基因，如感染的病毒；另外还有打开或者是关闭基因的按纽，帮助我们调整这些基因的功能。
如果有一天，我们可以做到上述这样的“生命编程”，那么很多疾病我们将不再感到害怕。
生命编程真的可以实现吗？
1. CRISPR（基因剪刀）
如果有一天我们可以根治癌症。
如果秃头、肥胖、近视都能够被治疗。
如果有一天，我们可以返老还童。
世界会不会更加美好？
探长获悉基因编辑和干扰技术有望将这些梦想都变成现实，于是潜入腾讯WE大会，聆听了斯坦福大学Lei Stanley Qi（亓磊）教授关于“编程生命”的演讲。
（基因编辑领域专家、斯坦福大学生物工程系和化学与系统生物学系助理教授亓磊）
我们可以把人体看成一台DNA的计算机，一台生命信息的计算机。
基因的基本形态是DNA，DNA编码了RNA，RNA又编码了蛋白，蛋白产生了复杂的功能。基因信息的横向流动构成了我们的生命，在每一个人体内都有这样的DNA、RNA和蛋白的分子，一旦这种信息流动出错，我们就会得病。
人类的疾病其实可以简单的分成两类，一种是人体获得了不该得到的东西造成的疾病，第二种是你丢掉了一些需要的东西造成的疾病。
那么，如果我们能像计算机一样，给人体添加一些按纽：比如说其中一个按纽是“更改”，当按下这个按纽的时候任何发生错误的DNA就会发生自动的修复，帮助我们纠正这些疾病；再比如另外一个按纽“删除”，可以帮助我们删除不想要的基因，如感染的病毒；另外还有打开或者是关闭基因的按纽，帮助我们调整这些基因的功能。
如果有一天，我们可以做到上述这样的“生命编程”，那么很多疾病我们将不再感到害怕。
生命编程真的可以实现吗？
1. CRISPR（基因剪刀）
很幸运的是，最近几年出现了一项新的技术叫做CRISPR（基因剪刀），它是生物工程师眼中的希望，是人们用来攻克难以治愈疾病的希望。CRISPR是什么呢？简单来说，它就像一把剪刀，一把DNA的分子手术刀，可以帮我们精准的剪切基因的某一个位置。
CRISPR有两大主要功能：一个是GPS，另一个是剪刀。它由一个蛋白和RNA构成。这个特殊的蛋白叫做Cas9，是从细菌中发现的，它在细菌中可以精确的把它不喜欢的病毒给剪切掉去除。而这个精确性来自于与Cas9结合的RNA，叫做向导RNA。
（CRISPR 基因剪刀）
向导RNA，就像一个卫星导航系统，可以把这把分子剪刀带到对应的基因位置，而它寻找DNA的方式是非常简单的，就是我们所熟知的互补原理。这就形成整个生命编程的基础，我们可以通过设计不同的向导RNA，来设计不同的GPS，告诉这个剪刀跑到不同的位置来编辑基因，通过编辑我们可以插入一个基因，删除一个基因，或者是修改一个错误的基因。
在2012年，当亓磊还在伯克利做博士生的时候，他和他的导师在一起研究时发现：CRISPR基因编辑虽然非常强大，但是有时也会犯错，而如果这种错误发生在人的生殖细胞里，就会传给后代，形成新的遗传病，而且很难逆转，于是，他们开始思考一种不必去修改基因序列，但同时又能改变基因功能的方法。
（CRISPRi也有风险）
2. CRISPRi（基因开关）
伴随着这个想法，他们发明了一种新的技术，叫做CRISPRi（基因开关），i指的是干扰。简单的说，CRISPRi是去除了剪刀的功能，所以不会对DNA造成任何的损伤，但是却保留了GPS的功能，能够精准地跑到某个基因的位置，并不会剪掉它，而是改变它的表达方式。
（CRISPRi 基因开关）
人的基因组是有2万多个基因构成的，这些基因细微的差异和不同的表达构成了我们个体的差异，当该表达的基因不表达，或者是不该表达的基因表达的时候我们就会得病，而这些疾病可以通过CRISPRi来修复。
假想一下，CRISPRi就是一把把的钥匙，它可以让我们用来精确的开关基因组里的很多基因，比如说我们可以用CRISPRi关掉一些造成疾病的风险性基因，像糖尿病、近视眼和癌症，同时我们可以用这把钥匙打开一些对我们有有益的基因，比如说打开一个增强免疫力的基因。
在实验室里，我们可以使用很多把这样的钥匙，同时在人的细胞里打开关闭上百个基因，达到非常复杂的生命编程的过程。让我们再看看有哪些应用吧：
用生命编程治疗遗传病
遗传病的根本是由于遗传的DNA发生了错误，我们可以把它进行修整。
生物工程师现在正在使用这些基因编程的工具，来针对很多种不同的遗传病寻找解决的方案，像通常见到的秃头，这是遗传造成的，而肥胖、近视是由遗传和环境一起造成的。
这些都可以在将来某一天通过基因编程的方式彻底修改掉，我们再也不必要担心得这些毛病。
用生命编程的方式治疗艾滋病
我们听过最可怕的疾病应该就是艾滋病了。HIV病毒感染人的免疫系统，并且长时间的潜伏在里面，造成免疫系统的缺失，这就是艾滋病。
目前，治疗艾滋病的主要方式是通过控制HIV的传播，以及延缓HIV的发作，非常昂贵，而且并不能从根本上消灭HIV。
根据麻省大学医学院的研究，我们有望用生命编程的方式根治HIV，利用Cas9 / CRISPR技术将造成艾滋病的HIV病毒序列从细胞基因组里删除掉，就能让HIV病毒从病人体内永久消失。而如果每个人都进行这样的生命编程，那么HIV就会从地球上永远的消失，人们再也不用担心将来得艾滋病。
用生命编程的方式治疗乙肝
同样的方法也可以用于乙肝病毒。数据统计，中国得乙肝病毒的病人数量超过全世界其他国家的总和。
乙肝病毒也是一种DNA病毒，它长期的潜伏在我们的肝细胞里，并通过这种潜伏影响我们的肝脏功能，甚至造成肝癌。既然是DNA病毒就可以通过DNA编程的方式加以修改、删除，这样乙肝病毒就再也不存在我们的体内，世界上再也没有乙肝的携带者。
用生命编程的方式治疗癌症
目前治疗癌症的方法也比较单一，主要是手术切除或者是大剂量的化疗，这些方法也是治标不治本，而且非常痛苦。
有一种方案就是编程我们的免疫系统，大家知道免疫系统是我们身体的一道防线，免疫细胞就像警察一样帮助我们去除那些我们有害健康的东西。
但有个问题是免疫细胞会游走于全身各个器官，对于很多器官造成不必要的伤害！
通过生命编程的方法，我们也能解决这个问题。我们可以编程免疫细胞，让它们变得非常精准，只去杀死需要杀死的癌细胞，比如让免疫细胞只进入到肺部，这样对于肺癌的病人只会进入到肺部去杀死这些肺癌细胞，而不会进入到身体的其他任何器官，不会造成“误伤”。
用生命编程的方式返老还童
最近，亓磊的团队和斯坦福医学院临床医生合作，使用编程的方式来解决骨再生的问题。大家知道，老年人和糖尿病患者的骨头一旦受损修复是非常漫长的。那么，解决的方案就是编程干细胞，让干细胞短时间内快速再生出高质量的骨头。
而他们的实验发现，在小鼠体内本来不可以再生的骨头，通过两周时间内快速再生出高质量的骨头。
同样的方法也可以适用于更复杂的器官，比如说再生心脏，让心脏重新恢复功能，甚至可以让人们返老还童。如果把年轻小鼠的血打入到年老的小鼠体内，它就会恢复认知能力和青春，年轻小鼠血里面有一些东西可以帮助年老的老鼠，这就是所谓的“返老还童”吧。
如果说IT行业在一条高速公路上已经飞速前行了30年的话，那么生物科技也即将驶入这条高速路，虽然说现在速度不是很快，但是加速度很大，那么在将来它必将一样高速行使。
生命编程的未来与生物工程师的愿景
在演讲的最后，亓磊教授提到：“基因编程的方式目前正处于起点，但是它却能帮助我们克服很多的疾病，包括癌症、老年痴呆、传染病和器官损伤，要想让这个成功，不仅需要生物工程师的存在，也需要产业的存在，需要有一个完整的生物科技产业不停的创新，不停的支持将科技转化为临床、转化为医学，并且与医学完美的结合。”
作为一个生物工程师，亓磊也曾在面对太多未知的东西迷茫过，但有一段深深的影响了他，也描述了很多生物工程师的愿景：“Heal the Hurt, Reverse the Time, Change the Fate”（医治伤患、逆转时间、改变命运！）
CRISPR有两大主要功能：一个是GPS，另一个是剪刀。它由一个蛋白和RNA构成。这个特殊的蛋白叫做Cas9，是从细菌中发现的，它在细菌中可以精确的把它不喜欢的病毒给剪切掉去除。而这个精确性来自于与Cas9结合的RNA，叫做向导RNA。
（CRISPR 基因剪刀）
向导RNA，就像一个卫星导航系统，可以把这把分子剪刀带到对应的基因位置，而它寻找DNA的方式是非常简单的，就是我们所熟知的互补原理。这就形成整个生命编程的基础，我们可以通过设计不同的向导RNA，来设计不同的GPS，告诉这个剪刀跑到不同的位置来编辑基因，通过编辑我们可以插入一个基因，删除一个基因，或者是修改一个错误的基因。
在2012年，当亓磊还在伯克利做博士生的时候，他和他的导师在一起研究时发现：CRISPR基因编辑虽然非常强大，但是有时也会犯错，而如果这种错误发生在人的生殖细胞里，就会传给后代，形成新的遗传病，而且很难逆转，于是，他们开始思考一种不必去修改基因序列，但同时又能改变基因功能的方法。
（CRISPRi也有风险）
2. CRISPRi（基因开关）
伴随着这个想法，他们发明了一种新的技术，叫做CRISPRi（基因开关），i指的是干扰。简单的说，CRISPRi是去除了剪刀的功能，所以不会对DNA造成任何的损伤，但是却保留了GPS的功能，能够精准地跑到某个基因的位置，并不会剪掉它，而是改变它的表达方式。
（CRISPRi 基因开关）
人的基因组是有2万多个基因构成的，这些基因细微的差异和不同的表达构成了我们个体的差异，当该表达的基因不表达，或者是不该表达的基因表达的时候我们就会得病，而这些疾病可以通过CRISPRi来修复。
假想一下，CRISPRi就是一把把的钥匙，它可以让我们用来精确的开关基因组里的很多基因，比如说我们可以用CRISPRi关掉一些造成疾病的风险性基因，像糖尿病、近视眼和癌症，同时我们可以用这把钥匙打开一些对我们有有益的基因，比如说打开一个增强免疫力的基因。
在实验室里，我们可以使用很多把这样的钥匙，同时在人的细胞里打开关闭上百个基因，达到非常复杂的生命编程的过程。让我们再看看有哪些应用吧：
用生命编程治疗遗传病
遗传病的根本是由于遗传的DNA发生了错误，我们可以把它进行修整。
生物工程师现在正在使用这些基因编程的工具，来针对很多种不同的遗传病寻找解决的方案，像通常见到的秃头，这是遗传造成的，而肥胖、近视是由遗传和环境一起造成的。
这些都可以在将来某一天通过基因编程的方式彻底修改掉，我们再也不必要担心得这些毛病。
用生命编程的方式治疗艾滋病
我们听过最可怕的疾病应该就是艾滋病了。HIV病毒感染人的免疫系统，并且长时间的潜伏在里面，造成免疫系统的缺失，这就是艾滋病。
目前，治疗艾滋病的主要方式是通过控制HIV的传播，以及延缓HIV的发作，非常昂贵，而且并不能从根本上消灭HIV。
根据麻省大学医学院的研究，我们有望用生命编程的方式根治HIV，利用Cas9 / CRISPR技术将造成艾滋病的HIV病毒序列从细胞基因组里删除掉，就能让HIV病毒从病人体内永久消失。而如果每个人都进行这样的生命编程，那么HIV就会从地球上永远的消失，人们再也不用担心将来得艾滋病。
用生命编程的方式治疗乙肝
同样的方法也可以用于乙肝病毒。数据统计，中国得乙肝病毒的病人数量超过全世界其他国家的总和。
乙肝病毒也是一种DNA病毒，它长期的潜伏在我们的肝细胞里，并通过这种潜伏影响我们的肝脏功能，甚至造成肝癌。既然是DNA病毒就可以通过DNA编程的方式加以修改、删除，这样乙肝病毒就再也不存在我们的体内，世界上再也没有乙肝的携带者。
用生命编程的方式治疗癌症
目前治疗癌症的方法也比较单一，主要是手术切除或者是大剂量的化疗，这些方法也是治标不治本，而且非常痛苦。
有一种方案就是编程我们的免疫系统，大家知道免疫系统是我们身体的一道防线，免疫细胞就像警察一样帮助我们去除那些我们有害健康的东西。
但有个问题是免疫细胞会游走于全身各个器官，对于很多器官造成不必要的伤害！
通过生命编程的方法，我们也能解决这个问题。我们可以编程免疫细胞，让它们变得非常精准，只去杀死需要杀死的癌细胞，比如让免疫细胞只进入到肺部，这样对于肺癌的病人只会进入到肺部去杀死这些肺癌细胞，而不会进入到身体的其他任何器官，不会造成“误伤”。
用生命编程的方式返老还童
最近，亓磊的团队和斯坦福医学院临床医生合作，使用编程的方式来解决骨再生的问题。大家知道，老年人和糖尿病患者的骨头一旦受损修复是非常漫长的。那么，解决的方案就是编程干细胞，让干细胞短时间内快速再生出高质量的骨头。
而他们的实验发现，在小鼠体内本来不可以再生的骨头，通过两周时间内快速再生出高质量的骨头。
同样的方法也可以适用于更复杂的器官，比如说再生心脏，让心脏重新恢复功能，甚至可以让人们返老还童。如果把年轻小鼠的血打入到年老的小鼠体内，它就会恢复认知能力和青春，年轻小鼠血里面有一些东西可以帮助年老的老鼠，这就是所谓的“返老还童”吧。
如果说IT行业在一条高速公路上已经飞速前行了30年的话，那么生物科技也即将驶入这条高速路，虽然说现在速度不是很快，但是加速度很大，那么在将来它必将一样高速行使。
生命编程的未来与生物工程师的愿景
在演讲的最后，亓磊教授提到：“基因编程的方式目前正处于起点，但是它却能帮助我们克服很多的疾病，包括癌症、老年痴呆、传染病和器官损伤，要想让这个成功，不仅需要生物工程师的存在，也需要产业的存在，需要有一个完整的生物科技产业不停的创新，不停的支持将科技转化为临床、转化为医学，并且与医学完美的结合。”
作为一个生物工程师，亓磊也曾在面对太多未知的东西迷茫过，但有一段深深的影响了他，也描述了很多生物工程师的愿景：“Heal the Hurt, Reverse the Time, Change the Fate”（医治伤患、逆转时间、改变命运！）
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