#323 - CRISPR and the future of gene editing: scientific advances, genetic therapies, disease treatment potential, and ethical considerations | Feng Zhang, Ph.D.
02:05:40 Share

大家好，欢迎收听《驱动》播客。我是主持人彼得·阿提亚。这个播客、我的网站和我的每周通讯都专注于将长寿科学转化为每个人都能理解的内容。我们的目标是提供健康和保健方面最好的内容，为此我们组建了一个优秀的分析师团队。

对我来说，在不依赖付费广告的情况下提供所有这些内容极其重要。为此，我们的工作完全由我们的会员支持。作为回报，我们为会员提供独家内容和福利，这些内容和福利远远超出免费提供的范围。

如果您想将您在这个领域的知识提升到一个新的水平，我们的目标是确保会员获得的回报远远超过订阅价格。如果您想了解更多关于我们高级会员资格的好处，请访问peteratiamd.com/subscribe。

本周我的嘉宾是张锋。张锋是麻省理工学院的神经科学教授，也是霍华德·休斯医学研究所的研究员，以及麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的核心成员。他获得了哈佛大学化学和物理学学士学位，之后在斯坦福大学获得化学和生物工程博士学位，在那里他与我们之前的播客嘉宾卡尔·戴瑟罗斯合作。

在开发光遗传学技术方面，之后他回到哈佛大学担任研究员，然后在2011年在麻省理工学院创建了自己的研究实验室和教授职位，在那里他随后为CRISPR-Cas9基因编辑系统的开发做出了巨大贡献。

张锋因其工作获得了无数荣誉和赞誉，包括被选为美国国家科学院、美国国家医学院和美国艺术与科学学院的成员。他也是美国国家发明家学院的院士。在本集中，我们将探讨CRISPR的起源，并讨论张锋在斯坦福大学早期从事的光遗传学工作。

我们将讨论基因编辑的基础，讨论该领域的挑战和突破，以及CRISPR如何彻底改变这一过程。我们将讨论CRISPR的实际应用，例如其治疗遗传疾病的潜力、递送方法的重要性，以及目前在靶向肝脏和眼睛等细胞组织方面的成功和局限性。我们将讨论基因编辑的伦理考虑，涉及围绕生殖系修饰的争论。最后，

我们将回顾张锋的个人历程、导师和教育的重要性，以及他对科学和基因医学未来的潜力有何展望。所以，事不宜迟，请欣赏我和张锋的对话。嘿，张锋。非常感谢你绕道来奥斯汀。坦白说，我已经期待与你坐下来谈谈大约一年了。所以这是一个话题

我认为没有听过这个播客的人没有听说过CRISPR这个词，但我认为很少有人能够真正解释它，并解释它是一个多么强大的工具。但我认为在我们开始之前，了解一下你的旅程和基因编辑的旅程作为平行线，将非常有帮助。让我们从你的旅程开始。你和我在一定程度上有所重叠，因为，我的意思是，不是时间上，但你在斯坦福大学

你是卡尔·戴瑟罗斯实验室的博士后吗？首先，感谢你来到这个播客。我时不时地会听你的播客，尤其是在我四处奔波或锻炼的时候。而且我总是从听播客中学到很多东西。哦，太棒了。感谢你邀请我来这里。所以回到斯坦福大学，我当时在那里作为一名研究生。我在卡尔·戴瑟罗斯研究员的实验室工作。我在那里待了五年。没错，你在那里和卡尔一起完成了博士学位。

正如你所知，我和卡尔是同学。卡尔来过这个播客。所以也许那些没有听过那个播客的人，或者听过但忘记了的人，可以给我们一个关于你和卡尔所做的工作的简短总结。当我与卡尔·戴瑟罗斯合作时，我们开发了一种叫做光遗传学技术。这是一种研究大脑细胞、它们如何连接在一起以及它们如何介导不同

介导不同类型的生理功能的方法。它的工作原理是，我们从一种绿藻中提取了一个基因，这是一个感知光并将光转化为细胞内电流的基因。因此，我们可以将这个来自绿藻的基因直接放入小鼠的大脑细胞中，然后我们可以照射蓝光或黄光来控制这些小鼠的大脑活动。例如，如果你想研究细胞

睡眠。你可以将这个基因放入大脑中不同组的细胞中并刺激它们。你可以找出哪些细胞控制着清醒，或者哪些细胞导致小鼠变得更困倦。如果你系统地这样做，从一种细胞到另一种细胞，你可以逐渐开始拼凑出一幅图景

大脑是如何连接在一起的。然后还有哪些不同的组成部分控制着从睡眠和清醒到口渴和饥饿，到记忆，甚至到动机和快乐的所有行为。所以能够在斯坦福大学与卡尔一起工作真的很有趣。对我来说，光遗传学技术一直让我印象深刻的是它的分辨率。

我不知道一个很好的比喻是什么，但如果你是指一本书，它就像字级别的分辨率，而不是页级别的分辨率。对。令人难以置信的是，这些藻类蛋白非常非常快。因此，你可以展示大脑细胞如何在动作电位水平上相互发出信号。因此，动作电位是这些单个

信号，它们基本上就像一个神经元与另一个神经元说话的音素。你可以在每个音素级别控制它。这很酷。

既然我们要谈论很多基因编辑，那么你们用来将这些藻类基因插入大脑的技术是什么呢？将基因放入大脑的方法通常是使用病毒。这是一种自然界中存在的病毒，但我们已经通过去除病毒的所有致病性成分，然后用我们试图放入大脑的基因来替换这些致病性基因对其进行了改造。在这种情况下，它是来自绿藻的基因。

通过将病毒注射到你想研究的大脑区域，病毒会感染该区域的所有细胞，然后使这些细胞开始产生这种藻类蛋白。一旦神经元开始携带这种藻类蛋白，它就会对光敏感。因此，你可以打开蓝光照射它，然后能够刺激它。是的，太神奇了。

你是什么时候完成博士学位的？2009年。好的。然后你去了麻省理工学院还是布罗德研究所？然后我去了哈佛大学。我在那里待了大约一年，然后之后去了麻省理工学院和布罗德研究所。好的。然后你在那里的注意力转向了。你显然也做了一些光遗传学的研究，但你还转向了什么？

当我从事光遗传学研究时，尤其是在研究生院的后期，我开始意识到光遗传学面临的最大瓶颈之一是我们能够将藻类基因插入基因组特定位置的能力。原因是，为了研究不同类型的大脑细胞，我们

我们需要非常精确地靶向不同类型的大脑细胞。大脑细胞不仅仅是一种类型。神经元不是单一类型。可能存在数百种不同类型的大脑细胞。它们被定义的方式是基于它们的分子特性。因此，每个大脑细胞，即使它们都共享相同的基因组，它们也有不同的基因集被激活。这就是为什么控制疼痛感觉的大脑细胞与参与帕金森病的大脑细胞不同的原因。

因此，靶向一种或另一种类型的大脑细胞的方法是找出该细胞的分子特征。因此，如果你知道基因A在这种大脑细胞中被激活，而在另一种类型的大脑细胞中没有被激活，那么你可以将这种藻类基因插入控制基因A的区域。这样，它只会在这第一种类型的神经元中被激活。

将这个基因插入基因组中精确位置的方法需要基因编辑。当时这真的很难做到。所以我认为，如果我想让光遗传学变得更强大和更有用，我们需要使基因编辑更容易使用。所以当我到哈佛大学的时候，我开始更多地关注如何更容易地修改基因组。

是的。所以对我来说，故事从这里开始变得非常有趣，因为你偶然发现了一个你试图解决的问题，这是因为你的热情。你已经暗示了为什么这如此困难。我想也许可以回顾一下并解释一下，以便听众能够理解。为什么相对来说，在你卡尔的实验室里做你所做的事情很容易，你将一个完整的基因放入据推测是腺病毒中？

让腺病毒感染神经元并将整个基因粘在上面。为什么这与你刚才描述的你在哈佛大学开始解决的问题不同？确保每个人都理解这种区别。当我与卡尔·戴瑟罗斯一起读研究生时所做的工作是，我们只是试图将基因插入大脑细胞。这意味着你不需要关心它具体在哪里。

我们可以把它放入大脑的粗略区域，但那里有很多不同类型的细胞。所以我们在靶向这些细胞的能力上并不精确。我们还开发了一些技巧来能够将其放入特定类型的细胞中，但这仅限于小鼠。

因为我们可以对小鼠进行基因改造，这需要很长时间。需要一两年才能使这些经过基因改造的小鼠可用，但这并不普遍适用。因此，特别是如果你考虑如何将光遗传学转化为用于人体治疗的方法，我们当然不能进入并使用这些转基因技术使其在人脑中发挥作用。所以这是一个主要问题。

好的，让我们暂时搁置这个故事，让我们同时讲述另一个故事，一个在你上大学之前很久就开始了的故事，对吧？当你还是个孩子的时候，对吧？它源于一个观察结果，这个观察结果源于对细菌DNA中存在的序列的发现，一种特殊的重复结构，它们具有所有这些有趣的特性，并且

所以让我们回到80年代，讲述一下那个故事。显然，如果它不会很快与你的生活融合，改变你生活的方向，我不会讲这个故事，但让我们回到80年代。

我出生在80年代，但你指出的真正有趣的是，在80年代，有一组日本研究人员正在研究细菌的DNA序列，他们正在研究大肠杆菌。他们发现，在这些细菌的一些基因组中，它们的DNA序列中存在这些非常重复的区域。所以它会一遍又一遍地重复。

通常情况下，基因组序列不是重复的，因为它们编码基因和不同的基因。但是在这里，他们发现存在这些重复序列，它们都聚集在一起，所以它们是成簇的，并且它们不是串联重复。所以它不是重复一个接一个，而是由一个短的固定长度的间隙间隔开。所以它基本上是A、B、A、C、A、D、A、E、A、G，

所以它会继续重复自身，但以这种规律间隔的模式。当他们第一次发现它时，他们不知道这个序列到底是怎么回事。这些重复片段中还有其他一些非常有趣的东西，那就是无论你从哪个方向读取它们，它们都是一样的。

对。所以它们被称为回文。DNA是双链的。所以有一条上链和一条下链。这就是为什么它们看起来像双螺旋。所以它们会扭曲和旋转。有趣的是，当你从顶部读取这些重复序列，并从底部反向读取时，它们几乎相同。所以它们是回文。

所以你有了这些成簇的回文重复序列，它们是间隔开的。如果你以正确的方式说出来，你会得到几个字母。C-R-I-S-P-R。

CRISPR。所以CRISPR这个名字实际上是在将近40年前创造的，对吧？所以CRISPR是一个非常棒的首字母缩写词。所以CRISPR代表了这些重复序列的精确外观。成簇的、规律间隔的、短的、回文重复序列。所以CRISPR真的非常棒，而且非常朗朗上口。但是

但是这个名字并不是80年代赋予这些重复序列的名字。事实上，它有很多不同的名字。那个名字是不是直到90年代才出现？它直到21世纪初才出现。哦，真的吗？好的。是的，在弗朗西斯科·莫吉卡之前。莫吉卡提出了这个名字，但我认为是在21世纪初。2000年代，是的。现在，如果我对历史的解读是准确的……

准确的。可以理解的是，80年代和90年代的科学家们关注的是重复片段。显然，我认为任何优秀的科学家都会注意到这一点，并意识到这是一个非常有趣的观察结果。我们如何弄清楚它是什么？但重点是重复片段，你所说的ABA片段中的A。

C. A. D. 我相信是弗朗西斯科首先观察到，实际上有趣的是不是重复片段。而是它们之间看似无趣的片段是不同的。

没错。所以这些CRISPR重复序列具有这种保守的A序列。当然，这个A重复了很多很多次。所以这是最明显的事情。通常当我们观察事物时，我们会寻找具有最强信号的事物。所以当你拥有20个、30个相同序列的重复时，那就是最强信号。但事实证明，这并不是有趣的部分。

有趣的部分实际上是这些重复序列对之间间隔开的非重复序列。所以对于弗朗西斯科·莫吉卡来说，他是一位西班牙研究人员。他长期以来一直在研究细菌和奇怪的序列。他在21世纪初所做的是，他提取了这些非重复序列，并针对细菌世界的病毒进行了搜索。

他发现其中一些与病毒序列匹配。所以这真的是一个突破，因为它开始突出表明，也许这些非重复序列对细菌来说是外来的。它们来自其他地方，不知何故，细菌将它们获得了这种重复模式。这真正启动了CRISPR革命，因为

这一观察结果和推论使人们开始意识到，也许这与细菌和病毒如何相互作用有关。是的，当你再次审视这个故事时，有趣的是，当他试图发表这一发现时，它几乎被所有重要的期刊都拒绝了。他们认为这是不正确的、无趣的，等等。

它最终发表了，尽管我不记得第一篇发表这一发现的期刊的名字，但它的级别远低于《自然》、《科学》等。科学的讽刺之处有时就在这里。

也许，各位，我们可以提醒他们人类免疫系统是如何工作的，因为就像细菌一样，我们也一直在遇到病毒。病毒对我们没有任何好处，就像它们对细菌没有任何好处一样。我们与病毒的关系非常糟糕。它们只想利用我们作为宿主来复制它们的基因组物质，在这个过程中，它们往往会让我们生病。因此，显然，当病毒感染细菌时，它只是利用其基因机制进行复制，并且会杀死细菌。

正如你所说，细菌需要一个工具来反击。现在，我们通过产生抗体来做到这一点。但是这个故事是如何继续发展的呢？细菌在做什么？或者更确切地说，弗朗西斯科意识到这种病毒DNA残留物发生了什么？

在CRISPR研究的早期，实际上有几条不同的工作路线汇聚在一起。所以有弗朗西斯科·莫吉卡，他正在研究细菌基因组中的这些重复序列。但也有其他研究人员开始关注一组基因。所以这些是告诉细菌制造某些类型蛋白质的东西。这些特定的基因就在重复序列旁边。

人们花了一段时间才开始将基因和重复序列联系在一起作为一个单一系统。但那些研究基因的人意识到，这些基因携带核酸酶。所以核酸酶是通常会切割DNA或RNA的蛋白质。

所以他们最初认为这些基因可能参与了DNA修复。例如，尤金·库宁，他是一位非常杰出的生物信息学家，他一直在研究这些基因，并且他真的开始关注这些基因在生物学上可能在做什么。但是与这些重复序列的联系需要更长的时间才能联系起来。

但正是当发现重复序列中存在这些病毒序列，并且存在与重复序列相关的基因参与，比如说，DNA切割时，这开始真正构建了一个框架，让人们认为这可能是

一个系统，其中这些病毒序列与DNA切割蛋白一起工作，去识别病毒序列并试图切割病毒序列。我们可以对这些东西命名，以便人们开始看到事情的发展方向。所以你谈到了这些基因，它们靠近，但与我们现在意识到是病毒DNA拷贝的回文重复序列和间隔片段都有一定的距离。正如你所说，它们编码蛋白质或酶，称为核酸酶，它们切割DNA。同样，我们有解旋酶。所以你有一些酶可以解开DNA，以便它们可以进入并切割。这些被称为CRISPR相关蛋白，对吗？缩写为CAS。所以CAS1和CAS2是首先被识别出来的吗？是的。

没错。所以这些位于CRISPR重复序列旁边的基因被称为Cas蛋白。尽管它们在二十年的过程中可能经历了许多不同的改名，但最终，研究CRISPR蛋白和CRISPR RNA的研究人员社区走到一起，开始真正整理这些不同的基因。所以Cas1、Cas2、Cas3、Cas4，

等等，这些都是根据它们被发现的顺序进行编号的。所以现在最流行的蛋白质，或者最广泛使用的蛋白质，被称为Cas9。这是在许多不同CRISPR蛋白中发现的Cas蛋白之一。是的，所以这些Cas蛋白与CRISPR RNA一起工作。

CRISPR RNA指的是这些在DNA中编码的重复序列，但它们被细菌制成RNA。这些RNA被称为CRISPR RNA。它们不编码蛋白质。它们只是一个短的引导序列，引导Cas蛋白找到目标病毒序列。Cas蛋白、CRISPR RNA，它们一起形成一个复合物，为细菌提供防御功能。

而我们对抗病毒的防御是产生抗体，或者激活另一种具有抗原受体的免疫细胞，称为T细胞，细菌的防御只是切割病毒的遗传物质以杀死病毒。显然，这是一种更直接的方法。让我们来看两种情况。第一次感染，再次感染。

并解释细菌如何利用CRISPR系统和Cas9酶进行自我防御的区别。第一次感染现在，从一开始。你是一个大肠杆菌。我是一个噬菌体。你以前从未见过我。我来了。我刚刚将我的病毒DNA注射到你的体内。

所以CRISPR是一种适应性免疫系统。这意味着该系统可以随着细菌一起进化，以适应许多病毒感染。因此，当病毒（称为噬菌体）第一次感染细菌时，它会将其遗传信息注入细菌。病毒通常非常强大且有效。它可能会消灭大部分细菌种群。

但对于极少数细胞，也许一百万分之一，CRISPR系统会成功识别该病毒的DNA片段，并开始将其插入CRISPR系统中的重复区域。通常那段有多长？那段中有多少个核苷酸？通常是30个字母长。这足以让细菌唯一地识别病毒。

所以在第一次感染期间，大多数细菌都会死亡。极少数细菌开始获得该病毒遗传信息的片段，并将它们插入CRISPR系统。因此，存活下来的那些细菌现在已经获得了针对这些病毒的免疫力。在存活的过程中，它们必须迅速做什么来抵御第一次病毒感染？

所以除了CRISPR之外，细菌还有许多不同的防御系统。事实上，CRISPR并不是第一道防线。还有其他一些现在也被认为是非常强大的技术，被称为限制性内切酶。这些是细菌使用的蛋白质或酶。它们不会适应，所以它们不会进化，但它们会识别固定的字母序列。有时这些东西总是首先被激活并试图抵御病毒。

但如果不行，那么还有许多其他防御系统。其中一种最终会起作用。但不幸的是，对于细菌种群来说，这些东西来得不够快，这就是为什么大多数细胞都会死亡的原因。但是那些能够跟上病毒的少数细胞，这就是CRISPR系统开始获得遗传信息的原因。所以现在让我们谈谈随后的感染。所以我们显然通过一种非常达尔文式的机制，

选择了一部分大肠杆菌，在这种情况下，它们不仅能够通过它们对抗噬菌体的一线和二线防御存活下来，而且它们还发展了记忆，可以这么说。所以现在一个月后，同样的噬菌体来了，感染了你，插入了它的遗传物质，但现在你在你的CRISPR重复序列之间，实际上拥有与

病毒内的一个序列匹配的30个核苷酸。那么，你现在如何采取行动来抵抗这种感染呢？在第一次感染后，从某种意义上说，细菌已经对这种病毒进行了疫苗接种。所以当这种病毒第二次出现时，它会将它的遗传信息注入细菌。但是现在细菌的CRISPR重复区域具有该病毒的特征。

所以重复区域会被激活，它会开始制造CRISPR RNA，这些RNA携带30个碱基对长或20个碱基对长的引导序列，能够识别传入的病毒。所以Cas蛋白会结合这些CRISPR RNA。它们会去尝试搜索细菌中所有的DNA序列。当它在病毒的DNA中找到匹配时，它会激活核酸酶，

然后它会切割DNA。病毒DNA中大约有多少个碱基对？这取决于病毒。它们可以很小，也许10000个字母，或者可以很长，100000个甚至更长。这再次只是为了说明背景，以便人们理解，我们大约有30亿个。所以我们仍然在谈论微乎其微的DNA量。顺便问一下，如果是RNA病毒与DNA病毒，过程是否相同？过程是否相同？非常相似。

所以再次感染，它们往往会很快完成，因为现在一旦细菌能够制造Cas蛋白，它可以在CRISPR片段之间快速制造，它会制造RNA片段来引导它并使其匹配。实际上，这是一种CRISPR RNA加上一种截短的另一种RNA的版本，它将RNA保存在Cas蛋白中。我们将整个东西称为引导RNA。

持有引导RNA的Cas9酶，实际上需要多长时间才能遍历整个病毒DNA序列，直到找到它着陆和切割的地方？这个过程可能非常快。我不知道它到底有多快，但同样重要的是要认识到，在一个细菌中，Cas9有很多拷贝，以及引导RNA。

这意味着一旦病毒进入，就会有很多Cas9拷贝同时并行地搜索病毒DNA，以查看是否存在匹配。这就是为什么该系统如此强大的原因，因为它能够以并行的方式非常快速地

找到匹配项，然后在几分钟内使病毒失活。而且关于这些切割发生的位置，还有其他一些非常独特的地方。当我们引入病毒记忆时，它总是以三个特定的核苷酸开始。这有什么意义？对。你谈论的是CRISPR科学家所说的PAM序列，P-A-M，或原间隔序列邻近基序。这只是行话。

它的重要性在于，它是一个仅存在于细菌病毒基因组中，而不存在于细菌基因组中的序列。当细菌获得病毒序列的一部分并将其粘贴到自身的基因组中时，一个问题是，

CRISPR系统会不会识别细菌的基因组？就像，你能不能把武器对准自己，切断自己的DNA，然后自杀？没错。是的。那么它如何避免这种自我靶向或针对自身的自身免疫呢？这就是PAM序列发挥作用的地方。PAM序列位于病毒基因组中，紧挨着被整合到CRISPR系统中的序列。但它本身并没有被整合到细菌基因组中。

因此，你在细菌基因组的CRISPR重复序列中看到的只是识别序列，而没有PAM。因此，Cas9需要PAM来激活识别切割。因此，如果没有PAM，它就不会切割自身，但它仍然能够靶向病毒。那么，冯，当你把注意力转向“我该如何为我的光遗传学问题创造更精细的基因编辑分辨率？”时，这是否让我们大致了解了当时的最新技术水平？是的。所以我于2011年开始在麻省理工学院和博德研究所工作。当我刚开始的时候，我去参加了一个科学报告会，他们正在讨论CRISPR。他们提到CRISPR是核酸酶。因为我当时正在考虑核酸酶和基因编辑，当我听到这个词时，它引起了我的兴趣。

所以我上了维基百科，查了一下CRISPR是什么。弗朗西斯·莫伊卡、西瓦莫伊·纽和罗达尔·巴兰古刚刚发表了关于Cas9系统的早期研究。那时，它仍然被称为Cas5。后来才改名为Cas9。但是有……

所有这些论文，如果你读过它们，虽然数量不多，但你可以把信息拼凑起来，你会感觉到这是一个RNA引导的DNA靶向切割酶。当时，该领域的科研人员正在研究其他基因编辑系统。

一种叫做锌指核酸酶或TALEN的东西。这些系统使用蛋白质来识别DNA，而不是使用RNA来识别DNA。让我们稍微谈谈这两者，因为它们是直到15年前的最新技术。我想了解它们的工作原理以及为什么它们可能不足以满足你的应用需求。换句话说，为什么你寻找超越这两种已经存在技术的其他东西？

当我2000年末第一次对基因编辑感兴趣时，已经有很多人在开发基因编辑技术了。事实上，出现了几代技术。有一种叫做兆核酸酶的东西，非常非常早。然后让我兴奋的是一篇《纽约时报》的文章。我认为是2008年或2009年。它谈到了一个叫做锌指核酸酶的系统。加州有一家公司叫做

Sangamo生物科学公司，他们当时正在开发用于基因疗法的锌指核酸酶，以便能够编辑DNA并治疗疾病。但对于科学家来说，锌指是一个非常具有挑战性的系统，因为它需要非常复杂的蛋白质工程。它的工作原理是锌指是蛋白质结构域，只是一团蛋白质。

每个指头，每个锌指可以识别三个DNA字母，它们存在于自然界中。因此，你可以在自然存在的DNA结合蛋白（称为转录因子）中找到它们。

它们允许转录因子去识别基因组中的不同基因，以调节它们的活性，要么打开它们，要么关闭它们，要么改变它们在细胞中的表达量。但是，当你只识别三个核苷酸时，你如何获得特异性呢？这三个核苷酸在基因组中出现的概率似乎相当高。没错。因此，自然界通过形成锌指阵列解决了这个问题。所以它们将多个指头连接在一起，

而且所有指头都必须击中它们的目标三个核苷酸。正确。没错。因此，如果你有一个由三个指头组成的阵列，它们可以识别九个字母。如果你有一个由六个指头组成的阵列，那么就是18个字母。所以在复杂的基因组中，我们的基因组有30亿个字母，18个字母就能赋予我们唯一性。所以18个字母可以让你找到或定义一个单一的位置。这是因为4的18次方是一个足够大的数字？它大于30亿。是的。

好的。那么现在让我们谈谈TALEN。首先，这项技术是什么，为什么它不一定能满足你的目的？

锌指的挑战在于你必须设计指头来识别不同的三个字母组合。你必须确保当你将它们连接在一起形成锌指阵列时，它们能够识别你打算以这种多三个字母的方式识别的内容。事实证明这非常麻烦，而且通常效果不佳。然后，你提到的这个其他系统，称为转录激活样效应物（TALEN）核酸酶被开发出来。

这些系统也来自细菌。它们来自一种特定的致病菌，叫做黄单胞菌或水稻黄单胞菌。它生活在水稻植株上，是水稻的主要病原体。这些蛋白质的工作方式是，它们被试图在植物细胞中定殖的细菌注入植物细胞中。

一旦进入细胞内部，它就会进入植物细胞的基因组，找到一个基因，然后开始启动它。当它启动时，它会使植物更容易受到细菌定殖的影响。因此，它使细菌能够更成功地在该寄主植物上生存。这是一个主要的致病系统。

但是TALEN或TAL的真正酷之处在于它们以一种可编程的方式识别DNA。这些蛋白质与锌指一样，具有重复结构域，形成一个阵列。但单个结构域识别单个DNA字母。

因此，你可以在细菌中找到这些TAL蛋白，它们具有12个、16个甚至20个不同的重复序列。因此，它们可以识别植物基因组中长达12个、16个、18个或20个DNA字母的长片段。植物基因组也很大。它们有时是我们的基因组的两到三倍。因此，识别长序列对于实现精确性非常重要。这就是TAL系统。

所以真正酷的是，德国的研究员乌拉·博纳斯以及当时爱荷华州立大学的研究员亚当·博格达诺维奇发现，这些TAL蛋白识别DNA的方式存在一个特定的密码。事实证明，在每个重复序列中，有两个氨基酸字母对应于它结合的特定DNA字母。

因此，如果你取任何TAL蛋白，并且只在每个结构域中拨入这些两个氨基酸的不同组合，你就可以指定该TAL蛋白能够识别什么DNA序列。因此，事实证明它比锌指更容易使用。那么你对它满意吗？

我的意思是，显然你并不满意。当你听说CRISPR时，你坐在那里查阅维基百科上的内容。所以一定有什么东西告诉你，嘿，TALEN虽然很好，而且比锌指有了很大的改进，但它们仍然不够好。为什么？为什么它们不够好？

锌指非常难以使用。当我尝试设计它时，它非常困难，几乎不可能让单个研究人员获得能够识别你试图让它识别的DNA序列的东西。所以它非常难用。另一方面，TALEN更容易。但是这些蛋白质的重复性质使得设计新的蛋白质来识别你试图编辑的序列变得相当麻烦。

例如，如果你想修改一个特定的基因，你可能需要几周甚至几个月的时间才能成功地制造出其中一种TALEN蛋白。当你这样做时，它通常会起作用，但并非总是如此。有时它效率不高。这是因为即使你知道它的序列，也很难预测蛋白质的折叠结构吗？为什么需要这么长时间？

时间很长，因为从技术角度来看，这些序列非常难以处理。因为它们彼此非常相似，所以容易发生重组。

为了使TALEN发挥作用，你必须以非常精确的方式将每个结构域放在正确的顺序。因为你试图识别A、G、T、C，你必须按A、G、T、C的顺序排列。你不能是A、C、G、T。它根本不起作用。因此，将重复序列组合在一起并按你想要的顺序排列，这确实具有挑战性。这是可能的，但非常具有挑战性。

所以这很有趣。我的意思是，我认为值得退一步思考。大多数人可能还记得他们在10年前、12年前、15年前的想法。人类基因组的测序是在近25年前完成的。基因疗法的承诺被誉为指日可待。然而，我们现在距离人类基因组测序已经过去了十多年，

从实际的角度来看，基因编辑基因疗法似乎并没有比十年前更接近。我认为这对人们来说有点脱节。我认为大多数并非在实验室工作的人都会惊讶地了解到，仅仅知道基因的序列。我的意思是，A，我们在播客中已经讨论了很多次了。我们仍然不知道大多数这些基因的作用。

我们不知道为什么存在编码片段，而大多数DNA是非编码片段。然而，一些非编码片段是存在导致疾病的突变的地方。我的意思是，所有这些东西仍然有点神秘。但你在这里触及了核心问题。

或者可能是最重要或最关键的问题，那就是如果一个人患有囊性纤维化或镰状细胞性贫血等疾病，我们非常清楚地知道DNA的哪个位置，基因的哪个位置，DNA的哪个位置，我们知道替换是什么。我们知道哪个C变成了G或T。

我们只需要能够进去修复它。这是10年前我们无法做到的事情。我认为对许多人来说，这相当令人惊讶。我知道这不是你试图解决的问题，但显然这是你创造的世界。那么让我们谈谈沿着这条道路前进的步骤。你弄清楚CRISPR是什么。你把自己带到了我们今天讨论的状态。下一步是什么？CRISPR的下一步？是的，你开始追求的下一步。你如何

你如何解决你的问题的？你意识到你正在解决的问题的应用范围远大于仅仅解决你的问题？我认为从我开始从事基因编辑工作以来就很快了，因为人类基因组计划是在2000年代初完成的。随着人类基因组的测序以及DNA测序技术的成本越来越低、速度越来越快，

科学家们能够开始测序越来越多的基因组。因此，他们可以开始比较健康个体和患有特定疾病的人之间的基因组，看看它们之间有什么不同。通过进行这种比较，他们可以识别可能导致疾病的差异。因此，迄今为止，根据基因分析，

研究人员可能已经发现了5000多种具有直接致病作用的基因突变。因此，这些被称为遗传病。它们通常影响一小部分人。它们不像癌症、糖尿病或人们所说的复杂疾病那样常见。但尽管如此，这些都是我们知道确切遗传原因的疾病。

因此，诱人的想法是，如果你知道基因组中的突变，为什么不修复它呢？这就是基因编辑的用武之地。从一开始，人们就试图实现这个想法。他们试图使用兆核酸酶来解决这个问题。他们试图使用锌指核酸酶来解决这个问题。他们当然也试图使用TALEN以这种方式治疗疾病。但挑战是它们效率不高。

而且也很难将它们应用于以足够的疗效来治疗疾病。当CRISPR出现时，特别是Cas9，设计编辑DNA的策略变得容易得多。这使得许多许多研究小组真正开始研究这个想法成为可能。你完成博士后研究，现在开始自己的实验室了吗？是的，我刚在麻省理工学院建立了自己的实验室。

好的。那么你的实验室有多少博士生？我可能有大约10名博士生。好的。还有一些博士后。是的。这些人大概都是因为对光遗传学感兴趣才来找你的。他们对不同的事情感兴趣。那么，你什么时候回到实验室说，我要暂停光遗传学问题了。我要暂时走这条CRISPR之路。

当我第一次建立我的实验室时，我已经专注于基因编辑问题了。所以当学生来找我时，即使他们来找我想要从事光遗传学研究，我也必须说服他们，还有另一个也很有趣的问题，也许我们可以一起努力，在那里有所作为。所以我开始尝试告诉他们关于CRISPR，告诉他们关于基因编辑和所有潜在的应用。

所以继续讲下去。所以这是2010年代初期。你接下来采取了哪些步骤来开发这项技术？当我第一次建立我的实验室时，我正在研究TALEN。然后很快，我就了解了CRISPR。然后我开始在我的实验室里进行CRISPR项目。我们同时研究了这两个系统一段时间。我们很快意识到TALEN很难使用。

因为制造它们的方式很麻烦。正因为如此，CRISPR的前景更加明显。也许我会再举一个例子。所以我们现在有了手机。在手机上，有很多不同的应用程序。帮助你预订旅行的应用程序，帮助你向朋友和家人发送消息的应用程序，允许你拍照的应用程序。

你有一部手机，这部手机可以做所有事情。你只需将应用程序加载到手机上即可。对于TALEN或锌指，类比是，你必须为每个功能构建不同的设备。这意味着你需要为每个应用程序使用不同的手机。你需要不同的硬件。是的。因此，对于每个你试图靶向的基因，你都必须构建一个全新的蛋白质来靶向该基因。这是一个非常麻烦且效率不高的过程。有了CRISPR，它的前景就像智能手机一样。

你可以将软件加载到它上面以识别不同的基因。软件是CRISPR RNA。这些RNA很容易化学合成，你可以通过读取基因的序列来定义基因，而基因的序列已经通过人类基因组计划完成。所以所有这些都是一个阶跃函数的改进。

超过了锌指和TALEN技术。所以我们意识到，如果我们能让CRISPR不仅在细菌中起作用，而且还能把它放入人类细胞中，并让它识别人类细胞中的基因，那么我们就可以拥有一个更强大、更民主化的基因编辑系统。那么是什么突破或一系列突破导致了它的实用性呢？它是否从

让我们先沉默一个基因。我的意思是，让我们弄清楚如何精确轰炸，沉默一个基因。在让我们实际获取一段新的DNA并将其插入之前，这是第一个问题吗？

CRISPR是一种天然核酸酶。所以在细菌中，它使用引导RNA来识别病毒DNA。然后一旦识别到，它就会切割病毒DNA，从而产生双链DNA断裂。所以这就是我们试图让人类细胞发生的事情。我们试图用引导RNA对Cas9进行编程，以识别人类基因组中的特定基因，然后能够切割它。

这很有价值。我的意思是，在某些情况下，基因的过度表达是有害的。如果我们沉默一个基因，我们就能治愈疾病。没错。所以有很多研究是关于DNA断裂是如何修复的。所以玛丽亚·杰森、吉姆·哈伯在几十年前就研究过DNA修复是如何进行的。

所以他们发现，当你切断DNA时，当你产生断裂时，它会激活我们细胞中的修复过程。事实上，我们的DNA一直都在发生DNA断裂，我们有一个强大的过程来修复它们以防止突变。所以玛丽亚、杰森和吉姆·哈伯发现，如果你切断DNA，这个切口会激活两种不同的修复过程之一。

第一个修复过程会将DNA粘合在一起，通常是正确的，但在极少数情况下，它会引入错误。这个错误会使基因失活。因此，它将不再产生它应该产生的蛋白质产物。如果你想使细胞中的某些东西失活，这非常有用。有时存在有害的突变。

如果你可以使这些有害的突变失活，那么你可以使细胞再次健康。这是一个非常强大的方法。第二个修复过程称为同源定向修复（HDR）。

这依赖于携带你试图修复的序列的模板DNA。因此，如果你进行切割并且还提供模板DNA，那么修复过程会将模板上的任何内容复制到DNA断裂位点。这是一种更强大的方法，可以以设计的方式改变DNA序列。

当你切割DNA并进行修复时，是否存在修复方式仍然有害的风险，即使它与已经存在的路径不同？这是可能的，但概率要低得多。那么圣杯呢，那就是字面意义上编辑一个新基因，放入一个不存在的东西？需要采取哪些步骤才能实现这一飞跃？

有不同的方法可以改变DNA序列。你可能想要使某些东西失活，你可能想要删除某些东西，你可能想要插入某些东西。所以要做到这些，你需要有一个允许你这样做的机制。所以圣杯将能够精确地将基因插入到你想要的任何位置，并且效率非常高。到目前为止，这种能力还没有完全实现。

我们仍在努力，许多其他研究小组也在努力开发技术，以足够高的效率实现这一目标。我们现在可以以非常低的水平做到这一点，也许不到百分之一，或者只是个位数的百分比。但是对于我们试图插入的大基因，我们还没有一个好的方法。好的。那么目前，是否可以使用当前技术在任何你想要的地方剪切DNA？

是的，使用CRISPR，使用Cas9，我们几乎可以在整个基因组中进行靶向并进行切割。那么目前哪些疾病适合这种类型的基因疗法呢？我们将把监管方面的问题放在一边，我们可以稍后讨论。但是如果我们假装人类是实验室动物，我们可以进行实验并实际做到这一点，那么我们可以直接影响哪些疾病？

所以有很多遗传病，其中存在致病性突变。过度表达。在这种情况下，如果你想使其失活，则为过度表达，但有些则为表达不足。是的。所以这些通常对身体很重要的基因，但其中存在突变，这使得产生的蛋白质，即突变蛋白对患者有害。因此，如果你可以使这些基因失活，那么你就可以治疗疾病。

例如，肝脏中有一些疾病，其中某些蛋白质会导致淀粉样变性，这会导致严重的问题。因此，通过使用CRISPR，你可以进入并切割这些基因，使它们失活，这样它们就不会再产生这些有毒的基因产物了。亨廷顿舞蹈症是另一个例子，其中基因中发生的突变使基因有害。因此，如果你可以尝试使这些有害的基因失活，

突变，那么就有可能治疗这种疾病。通常情况下，常染色体显性遗传病是过度表达问题或有害物质表达问题，而隐性遗传病是

相反，你往往产生不足或类似的东西。这是否过于简单化了？是的，这是一个很好的解释。所以许多人可能熟悉亨廷顿舞蹈症，因为它可能是最具破坏性的神经退行性疾病之一，也许仅次于卢·格里格病或ALS。但与我们不太了解病因的ALS不同，我们清楚地知道亨廷顿舞蹈症的病因，它是一种基因。这是一种遗传病。它是一种常染色体显性基因。

而且可悲的是，它直到晚年才出现。所以很多时候，个体会在症状出现之前将这个基因遗传下去，因此他们会在已经遗传下去之后遭受这种疾病的命运。告诉我们一些关于亨廷顿舞蹈症的信息，以及为什么它可能适合或可能不适合这种类型的治疗。

亨廷顿舞蹈症是由亨廷顿基因中的突变引起的。这是一个在大脑中表达的基因。以突变的形式，这个基因会在基因内积累重复序列的扩展。重复序列越长，对患者的危害就越大。

所以想法是试图缩短这些重复序列，或者如果你可以减少表达的RNA的重复序列的数量，你也可以使细胞更健康。挑战在于重复发生在基因的编码区。即对产生蛋白质序列很重要的区域。所以为了使

编辑成功，你必须非常精确地进行操作。你必须一次精确地从重复序列中删除三个字母。否则，你会改变阅读框。这个基因，提醒我一下，有多少个碱基对？这个基因有数千个碱基对。好的，这是一个巨大的基因。是的。这些重复序列也可能长达几百个甚至一千个重复序列。所以你想能够非常精确地删除它们。所以这是一个挑战。

另一个挑战是能够将基因编辑机制输送到大脑并到达足够的细胞。有一些病毒技术正在出现，但我们仍然可能还没有最合适的方法。

那么让我们谈谈递送。你是怎么做到的？我们现在有了这个想法，希望人们能够理解这个有点具有挑战性的CRISPR是什么样的想法。也许我们可以再次总结一下，对吧？你有一个CRISPR载体，它将是一个Cas9蛋白。

你还有一个引导RNA，它由你实际想要插入的部分以及围绕着另一个保持它牢固地结合在Cas9蛋白中的追踪部分组成。顺便说一下，Cas9蛋白是否需要它自己的解旋酶来打开它？不，它自己可以做到。太棒了。是的。

所以它是一个单人商店，它沿着宿主DNA运行，打开它并等待找到它的匹配项。它等待，等待，等待。然后它找到它的匹配项，将DNA链保持在Cas9上，然后剪切。显然，如果你然后插入某些东西，它仍然可以是。那么你如何将Cas9蛋白实际递送到个体呢？

这确实是最大的挑战。所以现在，CRISPR的临床应用正在用于治疗不同的疾病，例如血液疾病（如镰状细胞病）或肝脏疾病、眼部疾病以及许多其他部位的疾病。因此，根据你试图将CRISPR递送到哪里，人们会使用不同的技术。也许最简单的是血液？当然。好的，告诉人们镰状细胞性贫血是什么，以及为什么它适合这种类型的治疗。

好的。镰状细胞性贫血是由导致红细胞镰状化的突变引起的。它们形成镰刀状。因此，它们无法正常发挥作用。有时它们会聚集。然后这会导致血管阻塞并导致严重的问题。因此，这些红细胞是由体内产生这些红细胞的祖细胞或干细胞产生的。这是一个简单的突变。

这是一个单点突变，改变了一个氨基酸。基于一个碱基对的变化，我记不清是什么了。它是丙氨酸到甘氨酸或其他什么东西。它相当微不足道，这就是导致你谈到的所有这些下游不良后果的原因。但是现在这些患者的当前治疗方法是输血，对吧？我的意思是，这是一种可怕的疾病。

这些患者会经历难以忍受的疼痛。顺便说一句，有些人可能会问，为什么这种疾病会存在？为什么达尔文没有消除它？事实证明，拥有这种性状是有优势的。对于疟疾。对。所以事实证明，如果你……

如果你只有一份镰状细胞基因，另一份是正常的，那么你的红细胞看起来是正常的。你不会得病，但正如你所说，你实际上会得到对疟疾的保护。所以这会让它继续传播，尤其是在像非洲这样疟疾盛行的地方。这就是为什么它在黑人人口中比白人人口中更为普遍的原因，因为它提供了一些好处。但如果你有两份基因，你就会得镰状细胞病。历史上，那些人并没有遗传下去。他们会在繁殖前就死去，也会在极大的痛苦中死去。但无论如何，我们今天还在。所以你必须能够进入骨髓才能进行这种改变，因为如果你每周都必须这样做，那就没有意义了。你想要一次就完成，对吧？没错。基因编辑的承诺之一是它可以提供单一疗法来治愈疾病。所以在镰状细胞病的情况下，医生会动员

患者的干细胞，骨髓细胞，让它们出来，能够收集这些骨髓细胞。他们不一定要用骨髓穿刺来做这件事。他们通过给他们服用药物来促使他们分泌更多的祖细胞到血浆中来做到这一点？没错。这是医学领域目前的做法。

所以他们会得到病人，收集他们的骨髓细胞，这些细胞将在实验室中进行修改，研究人员将使用Cas9的信使RNA。这将允许细胞产生Cas9蛋白。他们还将使用引导RNA。对不起，打断一下，冯，但也许可以快速地为人们解释一下DNA、RNA、信使RNA、蛋白质之间的关系。这是

这是中心法则，但这样当你接下来要说的话时，他们就会知道为什么它有效。所以有不同的方法可以将蛋白质带入细胞。细胞中蛋白质的制造方式是它们被编码在DNA中。

DNA必须转录成信使RNA，然后RNA被核糖体翻译成蛋白质。所以，如果你可以将Cas9的DNA、基因或Cas9的信使RNA或Cas9的蛋白质放入细胞中，细胞最终将拥有Cas9。

因为如果你放入DNA，细胞将开始基于它制造mRNA。然后mRNA将被翻译成蛋白质。但是你怎么把它放到DNA里呢？这不是我们试图解决的整个问题吗？对。所以有不同的方法可以把这些东西放进去。

对于DNA——只用病毒？你可以使用病毒，或者，如果你在培养皿中处理细胞，你可以直接将DNA电穿孔到细胞中。这是通过用电流击细胞来完成的。它会破坏细胞膜。当细胞膜破裂时，物质就会渗入。所以你细胞外的DNA。当细胞膜破裂时，细胞外的DNA会流入细胞内部，并

进入细胞。这实际上是人们治疗镰状细胞病的方式，除了他们没有将DNA放入细胞中。他们放入的是mRNA。所以他们将含有镰状细胞突变的这些骨髓干细胞在Cas9的mRNA和引导RNA的浴液中分别孵育。

令人惊奇的是，一旦这些细胞获得Cas9的mRNA和与引导RNA相对应的mRNA，它就会翻译成Cas9蛋白。它不会将引导RNA翻译成蛋白质。它只是停留在那里，然后它们互相找到对方。没错。在这个世界上，任何事情都能起作用，真是太了不起了。

在这个宇宙中，但这其中有一件事让我感到惊讶。好吧，我的意思是，这确实是生物技术革命的结果，分子生物学的发现确实为生物技术革命铺平了道路。现在这个过程的效率是多少？所以一旦你将这两段非常不同的RNA放到这些骨髓细胞附近，

这可能是相当有效的。在实验室或这些培养皿环境中，这可以接近100%。好的。所以现在，在很短的时间内，你就有……

切除并重新插入。这是一个单碱基对。那么他们在做什么？你要求Cas9做的确切的事情是什么？实际上，对于镰状细胞来说，去年刚刚批准的治疗方法实际上是不同的。治疗方法是，对于镰状细胞患者，人们发现，对于一些具有镰状细胞突变的个体，如果他们也携带另一种突变，

或者如果他们能够以某种方式表达胎儿血红蛋白，那么他们的镰状细胞症状就会轻得多。因此，对于用基因编辑治疗镰状细胞患者，治疗实际上会修改不同的基因

调节其表达，然后允许胎儿血红蛋白基因开启。为什么这比简单地改变最初坏掉的一个氨基酸更容易？因为它的工作方式是它只是做一个切割，不需要改变。没错。我明白了。所以我们仍然处于体外阶段，我们仍然更擅长……

切割，直接切割DNA，而不是甚至单个碱基对的转换来修复一个氨基酸。后者是一个更难的问题。后者是一个更难的问题，但在这一方面也有很好的进展。例如，David Liu开发了一种方法。也在哈佛大学。是的，也是。他是我的同事，他开发了一种叫做碱基编辑的技术。

碱基编辑允许你使用Cas9，你摆脱了Cas9的DNA切割活性。所以它只是去结合DNA。

所以你把它作为一种引导系统来引导一种叫做脱氨酶的不同酶，以便能够去化学修饰单个碱基。冯，这比我们希望做的事情更容易，这让我感到惊讶，那就是将C改为G。取出C，把它变成G。这将给我想要的氨基酸。就像我们必须用脱氨酶进行化学修饰一样

你认为需要采取什么措施才能实现下一步？因为正如你所描述的那样，我们已经从10年前取得了巨大的进步。为了让科幻小说开始，下一步需要什么？是的，我认为这实际上回到了基因医学的划分。

基因医学非常强大。CRISPR是其中的一部分，但它实际上是一个由两部分组成的系统。一个是药物本身，另一个是递送技术。

所以你需要有合适的递送载体和合适的有效载荷，才能在正确的细胞中治疗疾病。我们在递送方面比在有效载荷方面受到更多限制。所以有效载荷技术已经取得了长足的进步。我们现在有mRNA，我们有Cas9，我们有碱基编辑，我们有prime编辑，我们有很多不同类型的编辑技术，甚至还有表观遗传编辑。但是瓶颈是如何将这些真正强大的有效载荷放入正确的细胞中

在体内的正确组织中。再说一遍。我们的工具是什么？Cas9，碱基对编辑？是的，我们有Cas9。我们有碱基编辑。我们有prime编辑。我们有不同的重组酶。我们有基于Cas9的表观遗传修饰剂。我们有mRNA。我们有siRNA。我们有很多不同的东西可以调节和修改细胞。我想实际回到并讨论使用Cas9的表观遗传修饰。

这不是有效载荷问题，而是递送问题。对。是的。这也是一个生物学问题。对，因为许多疾病都不适合这种方法。所以我相信每个人都会认为，好吧，彼得，我们听到你说癌症是一种遗传性疾病。这是否意味着一旦我们解决了递送问题，我们就解决了癌症？为什么不一定是这样呢？这是因为癌症是由细胞中许多不同的风险突变引起的。因此，通过纠正突变来治疗癌症是困难的，因为

你真的必须能够以非常非常高的效率进行纠正。如果你有一些细胞，一些未被纠正的癌细胞，这些细胞将继续分裂和复制，形成肿瘤，甚至转移。这确实具有挑战性。但是人们正在癌症治疗的背景下使用基因编辑。他们正在做的是使用基因编辑来设计免疫细胞

以便免疫细胞更有效地识别和杀死癌细胞。这是所谓的免疫疗法的一部分。是的。每个人都在谈论人工智能。人工智能是否能在有效载荷方面或递送方面更好地实现这一点？人工智能对于蛋白质工程非常强大。在过去几年中，人工智能在预测蛋白质结构方面的应用取得了惊人的突破。每种蛋白质都是……

由独特的氨基酸序列组成。独特的序列使蛋白质能够折叠成特定的形状。

长期以来，圣杯问题之一是如何仅仅从蛋白质的字母来预测蛋白质的形状是什么样的？这是许多科学家长期以来一直在研究的问题，但一直无法找到一个好的解决方案。但实际上是在2020年、2021年，一个叫做DeepMind的团队使用人工智能提出了一个叫做AlphaFold2的解决方案。

AlphaFo2是一个基于人工智能的系统，它已经从科学家们通过实验确定的所有蛋白质结构中学习。

当他们解决这些结构时，有一个巨大的数据库。他们能够使用人工智能来查看所有这些结构，并从这个大型数据库中学习，然后提出一个名为AlphaVault2的预测系统。这让我感到惊讶。也许再向人们解释一下，选择你最喜欢的蛋白质。它的主要序列中有多少个氨基酸？

我们可以选择水母的绿色荧光蛋白，也许有300个氨基酸。300。这是一个相对较小的蛋白质。是的。好的。所以它有一个一级结构，就像，实际的氨基酸是什么？正确。它有一个二级结构，就像，它什么时候形成螺旋？它什么时候形成片层？它有一个三级结构，有点像它开始弯曲的方式。

然后它有这个四级结构，这就是整个东西如何组合在一起形成复杂的三个维度折叠。没错。你刚才说的是，如果一个科学家想制造一种蛋白质……

他们知道它需要什么样子。他们有点知道四级结构是什么。我必须得到这种蛋白质。我必须设计一个适合该受体的分子。从一级结构到这个结构，几乎是一个反复试验的问题。你说人工智能非常擅长做这件事，因为它知道一级序列和最终四级结构之间的关系。

这仅仅是在我们从未理解的水平上的线性回归吗？因为人类做不到。但这基本上只是解决了世界上最复杂的线性回归问题吗？我认为在非常基本的层面上，这就是正在发生的事情。但是人脑，我们不能非常有效地处理如此多的数据。但是有了人工智能，你可以拥有这些巨大的神经网络，它们可以真正处理这些数据。

让我们再谈谈动物模型。你简要地提到了转基因小鼠的概念。再说一次，多年来一直收听这个播客的人对转基因小鼠并不陌生。科学的许多惊人突破都来自于这些。坦率地说，仅仅通过对小鼠基因的遗传理解，对小鼠基因进行改变。我们最近邀请了Dina DuBall参加播客。我们谈到了clotho，对我来说，这是最有趣的蛋白质之一。

当然，我们了解了clotho是如何通过沉默基因、发现这个东西、过度表达基因、发现这个东西而产生的。好的。CRISPR今天是如何实现这一点的？它是否改变了从事完全不同问题的人们使用实验动物更快地到达那里？

对。转基因小鼠技术彻底改变了生物学。当转基因小鼠技术被开发出来时，它的工作方式是，你将从小鼠的干细胞开始。你会修改这些干细胞，然后你将干细胞放回胚胎中，然后你将胚胎移植到小鼠体内，以便胚胎可以发育成为胎儿，然后作为一只新的小鼠出生。这是一个非常漫长的过程。

然后一旦小鼠出生，通常这只小鼠并没有100%的基因修饰。所以这只小鼠被称为嵌合体。

然后你必须带走那只小鼠，再用另一只小鼠繁殖它，并希望……嵌合体部分是表达的部分。它被传递了。你基本上试图集中它的嵌合体部分。没错。所以当你使用这种方法时，可能需要一年甚至更长的时间才能产生特定的转基因小鼠。所以过去做这件事需要很长时间。

但是现在有了CRISPR技术，人们可以做的是，他们可以直接将基因编辑Cas9和引导RNA注射到胚胎中，注射到单细胞胚胎中，然后在那里进行修改。所以，这再次非常出色，因为我们当然不能在人类身上这样做。我的意思是，我们可以，但这将是一个我们应该讨论的伦理问题。但是我们可以直接这样做。所以我们可以一次性制造一只转基因小鼠。没错。所以小鼠的妊娠期是21天。所以21天后，你就会有一只转基因小鼠。

这对生物医学研究做了什么？它极大地加速了生物医学研究。想象一下你是一名研究生，通常博士学位需要五年时间。而其中大部分时间是转染小鼠和等待的例行工作……是的。所以如果你必须等待两年才能得到一只小鼠才能开始你的实验，那将是很长的时间。所以现在有了CRISPR或基因编辑，你可以在两三个月内得到一只小鼠。

让我们暂时扮演一下魔鬼的拥护者。当你攻读博士学位时，你必须通过老式的方法来努力。

这是否有隐藏的好处？换句话说，它是否给了你更多的时间阅读、更多的时间去好奇、更多的时间去失败？再说一次，这是一个旁枝讨论，但你是否担心，随着这种非凡的精密工具的出现，新兴的科学家们错过了你和你那一代人以及你之前所有的人都经历过的体验？或者你认为，为了发展速度，这是一个相对较小的代价？

我不太担心。我认为，如果我们能够加速知识的积累，数据的获取，我认为这将真正帮助科学更快地发展。我认为在未来，特别是随着高通量技术的出现，CRISPR、DNA测序以及许多其他技术，我们将以指数速度积累生物学的新数据。

我们不仅将依靠我们自己分析数据的能力，而且还将有人工智能来帮助我们。这些大型系统可以进行更大规模的回归分析。有了这些，我认为生物学、发现和疾病治疗的发展将真正加速。我认为这是一个非常令人兴奋的未来。现在，我们已经谈了很多关于Cas9的事情。

但你也专门做了很多关于另一种蛋白质的工作，另一种叫做Cas13的CRISPR相关蛋白。有什么区别，这如何潜在地影响未来的工作？CRISPR是一种细菌免疫系统，有很多很多

不同类型的CRISPR。因此，在自然界中，细菌会被DNA病毒、RNA病毒以及各种不同的病毒入侵。Cas9保护细菌免受DNA病毒的侵害。但是，还需要一个CRISPR系统来抵御RNA病毒。所以Cas13是Cas9的RNA类似物。它使用引导RNA来识别RNA病毒，然后切割RNA基因组。

Cas13真正有趣的一点是，与Cas9不同，它不仅切割识别的RNA，而且一旦它识别出一段RNA，它还会启动一种几乎是自杀的功能。它会去切割细菌细胞中的任何其他RNA。

所以在感染周期中，你可以把它想象成一个利他系统，当cat 13识别到我的细胞已被RNA病毒感染时，我将关闭自己，杀死细胞，并拯救种群。等等，为什么是这样？为什么细胞不选择对DNA病毒这样做？RNA病毒对细菌的致死性一定更高吗？

RNA通常更丰富。一旦RNA被产生，就会有很多拷贝。所以很难关闭RNA的每一个拷贝。

而DNA通常只有一份拷贝。所以如果你能把它关掉……所以当DNA病毒感染细菌时，让我们只谈论一个非常具体的噬菌体附着在大肠杆菌的外部，它会射入一段DNA。我们已经详细讨论了它的工作原理以及Cas9在其中的作用。当不同的噬菌体出现时……

你说它插入了很多RNA，或者RNA复制得更快。RNA复制得更快。明白了。好的。所以它插入少量RNA，但提醒我为什么少量RNA的扩增速度比少量DNA快得多。是因为它少了一步吗？它已经制造了在翻译核糖体前面运行的机器。没错。因为DNA必须转录成RNA才能制造蛋白质，然后蛋白质再回到制造DNA。有道理。

所以你说Cas13也具有自杀特性。这种自杀特性实际上对于开发诊断技术非常有用。因此，尤其是在COVID期间，我们使用Cas13开发了一种检测冠状病毒RNA的方法。它提供了一种简单快速的检测方法。那就多说说吧。那真的是第一个应用吗？我认为，这是第一个应用之一。

是的。在此之前是如何完成的，以及以这种方式完成的速度和准确性如何？所以最广泛的诊断方法是使用PCR。所以它检查核酸序列。但是PCR是一种基于实验室的测试。它需要一台叫做PCR机的机器，这台机器运行起来很复杂。你必须在实验室环境中才能进行测试。

Cas13提供的东西更类似于抗原测试，你可以在护理点甚至可能在家中进行测试。它只需要取一个样本进行拭子。它将样本制成缓冲液，然后Cas13将在该缓冲液中反应以检测病毒序列。然后你把它加载到试纸上，它会运行，然后你就会看到是否出现条带。

当我们现在考虑基因编辑的未来时，我们已经确定有效载荷不是问题。这是靶向和递送。Cas9与Cas13相比，各自的优缺点是什么？还有其他Cas或CRISPR相关蛋白可能比它们都好？

所以Cas9和Cas13都有治疗应用。但挑战之一是它们是大型蛋白质。Cas9有1300个氨基酸长，Cas13通常有大约1000个氨基酸长。所以它们是相当大的蛋白质。Cas9有多长？1300个氨基酸。

所以为了将Cas9带入细胞，你必须能够将Cas9和引导RNA放入你的递送系统中。如果你使用病毒载体进行递送，它们通常非常紧凑，你几乎无法放入Cas9。那么好的一点是，如果你有更小的东西会怎么样？所以我们以及许多其他团队一直在努力寻找更紧凑、更容易包装的新蛋白质。

有一些，但有时通常它们不如Cas9特异或活性高。所以使用其中一些系统存在权衡。我们正在努力设计它们。并且在将这些系统转化为与Cas9一样特异和具有可比活性的系统方面取得了很大进展。那么将会……

如果你可以挥舞魔杖，你会容忍多大的cast蛋白，这样你的cast蛋白加上你的引导RNA就可以很容易地放入你的递送载体中？你想让它缩小一半，变成500个氨基酸吗？你需要比这更小吗？如果你可以把它缩小到1000个碱基对，也就是300个氨基酸，那就最理想了。但我认为这很难做到。让我们确保我理解为什么。

你说，看，归根结底，我需要一种具有结构完整性的蛋白质来将引导RNA固定到位，使其进入细胞核，打开DNA。所以它基本上是两种酶。它是一种解旋酶和一种核酸酶，它必须能够沿着DNA移动，在保持的同时识别。再次强调，如果你真的停下来思考一下最小的层面，这是一个机械问题，然后保持、切割、繁荣，最终插入。

你说在某些时候我们只是达到了物理学的极限。我需要一定数量的氨基酸来制造这种结构。但听起来你好像说你认为这种结构在自然界中并不存在。你不再四处寻找300个氨基酸的Cas蛋白了。你现在要说的是，让我们使用人工智能来帮助我们构建一个。

有一些天然形式的蛋白质很小，就像Cas9一样。在我们试图寻找小型Cas9的一个项目中，我们认为，让我们看看Cas9的进化起源。通过追踪Cas9的进化历史，我们发现了一个非常大的蛋白质家族，叫做ISCB。

这是Cas9的祖先形式。ISCB是一种非常小的蛋白质。它只有大约450个氨基酸。所以它大约是Cas9大小的三分之一。

它做的正是Cas9所做的。它具有解旋酶活性，它具有核结构域，它也与RNA引导物一起识别和切割DNA。但是ISCB和Cas9的不同之处在于ISCB的引导RNA要大得多。所以你抢了彼得，你必须付保罗。没错。

RNA不稳定，也不够强健。它更容易降解。是的，你不想让引导RNA更大。你需要两全其美。你需要一种小的Cas相关蛋白，并且你想能够保持引导RNA很小。对。这就是圣杯。好的。你是否预测这将不得不人工合成？

我认为通过工程设计，目前尚不清楚自然界是否已经开发出这样一个紧凑的系统，但我们可以从自然的Cas9或ISCB作为支架开始，然后开始进行工程设计。那么这场比赛是什么样的？因为我甚至无法想象它的商业价值。如果

如果有一种叫做Cas Alpha或Cas Omega的新蛋白质，无论是什么，人工合成的版本足够小，现在可以轻松地传递有效载荷，这将是一种价值万亿美元的产品。很多人都在研究它。我认为这肯定非常非常有用。这项工作的主要部分是在大学进行还是在生物技术公司内部进行？现在都在这两个地方进行。好的。

这是今天CRISPR生物学中最大的竞争之一吗？我不确定这是最大的竞争。我们还有很多其他能力想要实现。例如，你如何精确有效地将大型基因插入基因组中？

我认为这是一个同样重要的问题。Cas9虽然很大，但我们已经无法将其递送到某些细胞中了。所以已经有——体内还是体外？体内。目前可以使用Cas9递送到体内的细胞有哪些？所以是肝脏。好的。是的，肝脏是我们可以使用脂质纳米颗粒将Cas9和引导RNA递送到的一个地方。

COVID疫苗是使用mRNA和脂质纳米颗粒制造的。所以这是一种非常类似的方法，你将这些脂质与Cas9 mRNA引导RNA一起配制。是什么使肝脏易于接受脂质纳米颗粒？肝脏中有很多脂质循环。所以我们有脂质纳米颗粒，它们被这些循环蛋白结合，然后被吸收。有趣。

给药方式是否重要，静脉注射、肌肉注射？所有脂质纳米颗粒是否都会到达那里，前提是它们不是口服的，并且可能被消化？很多都进入肝脏。是的，因为肝脏也是我们体内过滤所有毒素的区域之一。

所以一切都被困在那里。换句话说，如果你正在考虑一种罕见的先天性代谢疾病，这些是儿童出生时缺乏特定酶的非常罕见的疾病，这些酶使他们能够代谢

某种蛋白质或葡萄糖，我们是否认为我们正处于能够使用 CRISPR 的边缘，我不想暗示 Cas9 很原始，但在我们的讨论中，我们意识到它有一些局限性。但是，我们是否认为 CRISPR-Cas9 系统已经足够好，足以治愈其中一些疾病？对于其中一些疾病，可能是这样。这将取决于突变，我们能否使用 Cas9 或碱基编辑或主要编辑

换句话说，你必须解决有效载荷问题。对。是的。但如果它在肝脏中，并且可以通过靶向肝脏中的肝细胞来解决，那么递送问题就已经可以解决了。好的。眼部遗传疾病呢？这也是一个容易到达的地方，你不需要全身给药。哪些眼部遗传疾病可能适合这种治疗？

对于目前的这种治疗方法？是的，有不同的眼部疾病受单基因突变的影响。例如，LCA10 是一种眼部疾病，目前已经为此开发了一种 CRISPR 策略。治疗这些眼部疾病的方法是设计 Cas9 和引导 RNA，以敲除导致眼部退行性疾病的基因。

然后使用病毒载体将 Cas9 基因和引导 RNA 导入患者眼内。因此，一旦病毒进入眼部细胞，它们就会产生 Cas9，产生引导 RNA，然后这将进行修饰。从这个意义上说，它有点像旧的与新的结合。你正在采用最古老的技巧

是最初的基因治疗载体，病毒。你把它与更聪明的有效载荷结合起来，即 Cas9 和引导 RNA。这些目前在临床试验中处于什么阶段？肝脏和眼睛显然是这项技术的领先领域。因此，眼睛是美国第一个开发和批准基因治疗的地方。因此，这是一种名为 Luxturna 的药物。Luxturna 将基因导入眼睛

以治疗一种称为 LCA2 的疾病。因此，基本上，病毒提供眼部细胞中缺失的基因，这能够使患者恢复一些光敏感性。因此，这是第一个基因疗法。这些患者如果没有它会完全失明吗？没错。那么，插入这个基因后，他们能获得多少光敏感性呢？他们会得到一些，这样他们就能在有大型障碍物的房间里四处走动。哇。是的。而且

这一切都是通过在眼睛中进行单次注射完成的。单次注射。哇。还有哪些眼部靶点？LCA10 是另一个由Editas Medicine 开发的靶点。这种疾病的发生方式是存在一种突变，导致眼睛退化。

其想法是使用 Cas9，使用相同的病毒载体系统递送至眼睛，并使 Cas9 失活这种突变基因，以便减缓或阻止退化。对于 LCA2，你必须加入一个缺失的活性基因？对。

LCA，是 9 还是 12？10。你必须使一个基因失活。正确。没错。好的。它在临床试验中处于什么阶段？它处于哪个阶段？它经历了 1、2 期。好的。2 期疗效如何？有一些疗效。没有基因治疗，这些患者的表型是什么？也是完全失明吗？也是失明或视力下降。几岁就失明了？大概 30 多岁。好的。哇。那么 2 期发现了什么？他们能够恢复多少视力？

他们发现视力有所改善，但我认为这并不像他们希望的那样强劲。好的。你认为这是为什么？你认为为什么这些疗法不能完全恢复视力？对于 LCA2，是因为当你治疗这些人时，其神经可塑性部分已经失去了发育窗口吗？换句话说，问题是，如果你在晚年治疗这些人，

接收视觉信号的大脑部分没有发育？还是说我们根本没有修复眼睛？

视网膜不会再生。因此，如果它已经在退化，你必须处理视网膜中剩下的东西。因此，你可以恢复的东西实际上受到视网膜中剩余东西的限制。此外，递送系统也存在低效问题。你并没有恢复 100% 的细胞。如果你在此基础上叠加基因编辑，这也有一些低于 100% 的效率，

当你把所有这些加起来时，这就是你无法获得完全恢复的原因。那么，要完全恢复这些患者的视力，需要满足哪些条件？从治疗的角度来看，需要满足哪些条件？我认为完全恢复视力非常困难。如果你真的想完全恢复视力，你可能必须再生视网膜。因此，你必须补充缺失的细胞。这可以通过表观遗传学来实现吗？我们对

成年人和婴儿视网膜的表观基因组了解多少。我们是否知道，如果我们能够同时或甚至通过两种治疗方法来纠正基因缺陷，然后将表观基因组恢复到胚胎发生或生命早期的环境，是否可以解决这个问题？

这可能有效，尽管这不是我的专业领域，所以我不知道其中涉及的所有过程。如果你能够重现眼睛的发育，并允许细胞像发育过程中那样重新发育视网膜，那么你可能能够再生眼睛。

在肝脏方面，Cas9 递送系统在那里的成功率是多少？更准确地说，是脂质纳米颗粒递送 Cas9 有效载荷。是的。在肝脏中，它非常有效。你可能可以获得 80%、90% 的肝脏。这足以纠正任何低表达，对吧？对。

在肝脏中，还有一个有趣的进展，科学家们正在尝试靶向一种名为 PCSK9 的基因，以治疗心血管疾病。因此，他们将使用脂质纳米颗粒。你将加入一个新的失活的 PCSK9 基因，或者你只是要递送一种使 PCSK9 瘫痪的载体？是的，该策略是使 PCSK9 瘫痪，以便你可以使 PCSK9 失活，然后降低胆固醇。

你对这种治疗的费用有多少了解？我不知道。最初，也许几万美元。好吧，老实说，这将非常便宜，因为抑制 PCSK9 抑制剂的药物，市场上已经有三种了。

当它们上市时，它们是一年 15,000 美元的药物。现在它们是一年 6,000 美元的药物。因此，将目前药物的成本称为每年 10,000 美元。所以你的意思是——也许 50,000 美元或——哦，可能更多。好的。同样，与整个治疗过程相比，仍然相对便宜，终身治疗。如果你只看药物，而不试图计算过去 10 年的开发成本，那么它为什么这么贵？换句话说，如果今天有一家公司出来说，

我对开发一种一次性治疗 PCSK9 并无限期降低 LDL 胆固醇的药物感兴趣。在 GMP 条件下大规模生产这种药物的实际成本是多少？我不知道好东西的确切成本，但它可能比这低得多。但是，为了达到这一点，我们需要开发这些流程。因此，我认为随着时间的推移，我们肯定能够降低成本。

大规模 mRNA 生产、纳米颗粒的大规模制剂。我认为这些是人们正在取得良好进展的过程。那么现在是什么在推动成本？是什么让它今天变得昂贵？我认为有很多因素，包括开发成本以及这些药物的事实，这是第一次开发这些药物模式。

那么具体是什么呢？据推测，我们整天都在制造合成的 Cas9 和 Cas13，对吧？在实验室里，在实验室规模上。我明白了，但在商业上不是。对。所以你在实验室里自己制造 Cas9 和 Cas13？我们会的。好的。是的，我们会的。你也可以从商业公司购买，但规模通常用于实验室用途。如果你仔细想想，一只老鼠是 10 克。

一个人可以重 40 公斤。因此，体重大了 1000 倍。因此，你需要 1000 倍的材料。我认为，将这一规模扩大到能够治疗人类的水平，这是一个昂贵的过程。这就是昂贵过程所在。这样做有什么根本性的障碍吗？或者说，这方面存在摩尔定律效应，它会随着时间的推移而变得……

像晶体管一样，随着时间的推移，成本会大幅降低？我不是这方面的专家，但我认为规模经济肯定会带来效率。制造这些 RNA 的酶促过程正在变得越来越好。纯度正在提高。因此，我认为所有这些都会叠加起来，从而导致成本大幅降低。

你对基因编辑的监管有多少关注？我知道，在过去的六七年里，中国发生了一起非常有争议的案例，一位科学家似乎以某种不正当的方式（根据我对这个故事的解读），编辑了孩子的胚胎以复制

从表面上看，这听起来像个好主意，但使他们对 HIV 免疫。我相信他们的父母之一是 HIV 阳性。这是一个 IVF 案例。但事实证明，科学和医学界对此的反弹非常强烈，因为我想，首先，他未经医学界的充分同意就进行了这项操作，其次，人们认为 HIV 传播给孩子的风险本来就相当低。

你能详细说说这个案例，以及从伦理法律的角度来看，目前的基因操作现状如何？所以这是在 2018 年。有一对夫妇想要孩子。父亲是 HIV 阳性，所以他们想确保他们的孩子不会感染 HIV。因此，科学家们进行了一种突变

在胚胎中，这是一个名为 CCR5 的基因。CCR5 突变是人类群体中自然发生的突变。个位数百分比的个体携带这种突变，而这些个体天生对 HIV 感染免疫。这是魔术师约翰逊突变。对。他们表面上没有这种特定的蛋白质，以允许 HIV 结合并进入细胞。

因此，科学家们编辑了人类胚胎，以去除 CCR5 基因。但事实证明，这种编辑并不完整。我们之前谈到了嵌合体。因此，他的编辑结果实际上是两个 CCR5 突变嵌合体女孩。

因此，编辑发生了，胚胎被植入母亲体内并足月分娩。因此，两个女婴出生了。当分析这些女婴的基因时，结果表明它们是高度嵌合体，这表明编辑效率不高。理论上，这种编辑是在多少个细胞中进行的？是一个吗？我不知道确切有多少个细胞，但在受精后很早的时候。

但是为了保证没有嵌合体，你需要在一个细胞中进行这种编辑，然后只增殖该细胞并丢弃其余的胚泡吗？理论上，这就是方法。我们知道这个人做了什么吗？我不知道发布了多少技术细节。所以这些女孩出生时是嵌合体，但它们在 CCR5 方面的表型是什么？

因此，他们的一些免疫细胞具有 CCR5，而另一些则没有。这意味着那些 CCR5 阳性的细胞可以被 HIV 感染。但这可能意味着他们永远不会死于艾滋病，因为他们将始终保持一群不受感染的 T 细胞？

他们可能会感染 HIV，但他们的 T 细胞水平永远不会下降到……也许。是的。他们的 CD4 计数低于艾滋病的阈值。对。好的。但世界对此的反应非常强烈，对吧？对。没错。这位科学家的后果是什么？出现强烈反弹的原因是，实际上并没有……没有医疗需求这样做。正确。没错。这是不合理的。因此，科学界和医学界……

每个人都表达了他们对这一伦理问题的担忧。我认为这位科学家被软禁了一段时间。而这一事件也确实促使了更多关于基因编辑的伦理讨论。之前也有伦理讨论，但它确实使问题集中起来。成立了多个工作组，不同国家科学院之间的多国工作组

美国、中国、英国，以及世卫组织都成立了几个工作组。我认为在美国，法律法规禁止生殖系修饰，但这在国际上肯定不是这样。你认为在美国以外没有关于生殖系突变的监管的地方正在研究什么？例如，人们是否试图说，看，我们将

去除 ApoE4 同种型并将其制成 ApoE3 或 2 同种型？我的意思是，人们的程度或野心是什么？我们将删除 LPA 基因，以便没有 Lp 小 a 表型吗？我的意思是，你可以认为很多这些事情都会单向地改善人类健康。人们在研究什么？然后让我们谈谈伦理问题。我不知道国际上发生了什么，因为人们没有公开他们的工作。

但我认为，众所周知的是，国际社会一致认为，我们现在不想进行这类胚胎生殖系编辑。即使对于非常重要的事情也是如此。因此，APOE4 和 LPA 不是。你不需要这样做。但是亨廷顿氏病呢？先天性代谢错误呢，儿童可能会在婴儿期死亡？

囊性纤维化，我们没有可行的治疗方法的疾病。国际共识仍然是不会采用这种基因编辑吗？

我认为正在进行很多讨论，所以这肯定不是一个已经解决的问题。但我认为科学家们都达成的共识是，这项技术还需要进一步验证和开发，才能在生殖系编辑环境中应用。为了使生殖系疗法有任何机会产生预期的效果，效率和特异性都需要进一步优化。你认为这在多大程度上是犹豫的主要原因，而不是滑坡论证，它说，是的，当然，这些应用绝对值得追求。但如果我们这样做，我们离做 APOE4 有多远，这可能有点模糊？

然后，如何识别与寿命或医疗需求根本无关的基因，而是与科幻小说中人们谈论的东西有关？嘿，这是一个可能让我的孩子长得更高一点的基因。这是一个与智力或其他与他们的健康完全无关的身体特征相关的基因。这更多的是因为这很危险吗？我们不知道如何去做，或者……

即使我们解决了这个问题，我们也不想打开潘多拉魔盒。我认为这正是现在正在进行的辩论。有一些患者群体是使用这种方法的倡导者，在生殖系环境中使用基因编辑来治疗疾病。假设这项技术是安全有效的，那么我们应该这样做，因为它会减轻痛苦。所以有这个论点。也有人提出滑坡论证，即如果

如果我们允许 X 和 Y，那么最终我们将进入设计婴儿等未知领域。这正是现在正在进行的辩论。我认为，在进行这场辩论的同时，我认为重要的是要认识到科学也在其他方面取得进展。

科学的进步很可能会在没有基因编辑的情况下达到同样的结果。因此，我认为所有这些都在伦理辩论中相互竞争。这就是为什么这是一个如此复杂的问题。

你是地球上三四个不仅了解这项技术，而且对这项技术负有个人责任的人之一。因此，我无法想象你能够在这些辩论中保持沉默，即使你不是伦理学家或哲学家。我相信人们想知道你的想法。那么，你怎么看待这个问题？不是从技术角度来看，我们稍后会继续讨论，

而是从伦理角度来看，你认为在生殖系基因编辑方面，我们作为科学界或医学界应该在哪里划线，这显然是我们应该在开始时更清楚地说明的一点。我们正在谈论进行一项将永久存在的编辑。

是的，我对此问题思考了很多。很容易达成一致的是，如果存在明显且重要的医疗益处，特别是对于先天性代谢错误或其他非遗传突变，如果技术存在，那么这绝对是可以做到的。我认为改善这些患者的生活是可以的。

这是主流观点吗？或者你认为机构中仍然有很多尚未接受这种观点的人，因为存在滑坡论证？当然有一些人还没有接受这种观点。我认为，在做出这样的决定时，在做出这样的医疗决定时，还必须考虑可能存在的其他替代方法。例如，植入前遗传学测试是另一种方法，你可能能够筛选出

具有这些突变的胚胎。对于 IVF，我们当然可以。显然，对于 IVF，所有这些疾病都可以检查。对。然后它可能变成一个更复杂的问题，那就是，

例如，子宫内基因工程是否有作用？或者这在技术上太具有挑战性，以至于更容易关注 IVF 方面的事情？当然，在疾病治疗、单基因遗传疾病、IVF 方面，我认为这可能是最可能的应用。在未来的道路上，还有一些障碍需要解决。首先，我们对生物学并不真正了解。因此，如果你想让你的孩子

智商高出 30 分。今天没有人知道怎么做。我们真的不知道怎么做。因此，生物学需要赶上来。但我确实认为，随着社会的不断发展

如果科学存在，技术也存在，我认为人们会选择这样做。对不起，意思是让我们假设一下，顺便说一句，我认为就个人而言，冯，我的观点是，我认为这些问题比人们想象的要难得多。我认为这些多基因细微特征，如智力，

运动能力、韧性、幸福感，我认为这些东西比我们想象的要复杂得多，而且

可能与环境因素一样多，也与遗传因素一样多。因此，即使你给了某人正确的遗传模板，如果他们没有处于正确的环境中，他们也不一定会按照你希望的方式发展。绝对的。你可能会让某人的智商高出 30 分。如果他们没有处于正确的环境中，这并不能转化为这个人明显更聪明。我的预测是，这些事情非常非常非常困难。生物学是

很复杂，但它比任何外行人想象的都要复杂。此外，生物学还有很多补偿机制。你可能会产生一些使人更聪明的突变，但这也会增加患癌风险或损害运动能力，使人寿命缩短。我认为人们可能没有完全意识到这些复杂的权衡取舍。是的，对我来说，这是

我认为我之所以不是伦理学家是有原因的。有时事情对我来说似乎更明显，这意味着我可能对这些方面考虑得不够细致。但是，当谈到一种没有其他治疗方法就会导致你死亡的疾病时，这似乎是显而易见的。基因编辑和基因工程绝对应该被视为等式的一部分。在光谱的另一端，当我们谈论真正多余的事情时，例如智力、身高、运动能力、眼睛颜色，任何类型的特征

这些似乎显然是一个可怕的原因，不是因为伦理原因，例如，这说明了什么差距？忘记所有这些。这是你刚才说的原因。我们不知道这个系统有多复杂。如果你要冒很大的风险，就必须有很大的回报。这种不对称性对我来说太大了。然后是灰色地带。我想在灰色地带，我确实感觉有点细致，对吧？也就是说，

我们应该去除 LPA 基因吗？好吧，也许吧，但正如你所说，我们即将推出的反义寡核苷酸抑制剂实际上可以去除 Lp 小 a。它们关闭了基因。那么，当我们可以服用一种副作用更少、持久性更低的药物来做到这一点时，我们为什么要冒着从人群中根除它的风险呢？没错。

或者你可以在非生殖系细胞中进行操作，而只是在体细胞中进行操作。这也有益。然后还有另一个领域，那就是看看自闭症。尽管许多人会让你相信，但自闭症是一种遗传疾病。但是自闭症的遗传力非常高，我们知道它很大程度上是一种遗传疾病，但它是多基因的，很容易受到其他因素的影响。我们真的想摆脱它吗？

我不知道。也许吧。我的意思是，当你看到一个被自闭症摧毁的孩子，一个不会说话的孩子，一个正在伤害自己的孩子时，说这将是一件非常合乎逻辑的事情。但是，当你开始从光谱的这一端转向光谱的另一端时，在那里人们在自闭症方面功能相当完善，你可能会说，好吧，我不知道。它实际上也带来了一些好处？我们是否想创造一个每个人都一样的同质社会？我认为我们不想。对我来说，这是复杂性的关键。是的。是的。对。无论是情绪。因为这种多样性对整个人类来说都很重要。这种多样性将使人类在长远发展中具有韧性。

所以我想谈谈你过去的故事。所以你在中国长大。你搬到了该国的中部，对吧？你在哪里长大？我在爱荷华州长大。我 11 岁时搬到了爱荷华州的得梅因。是什么让你的父母来到这里？我母亲先来到美国。她是计算机科学专业的交换学者。她有机会参观爱荷华州的一所学校，她发现爱荷华州的教育体系更注重实践。

而不是死记硬背。正因为如此，她认为我可能会从这种类型的教学中受益更多。因此，她决定留在美国并移民到这里。你是什么时候开始意识到自己的智力能力的，用更好的说法来说？我的意思是，学校对你来说总是很容易吗？你是在轻松地完成高中，每次考试都取得好成绩吗？或者是什么样的？我认为我并没有

那么聪明。我一直对科学很感兴趣。我一直很好奇。所以我认为我一直只是跟随我的好奇心去做一些令人愉快和有趣的事情。真正有趣的是，我根本不喜欢生物学。你更喜欢物理、化学和数学吗？是的，还有数学。它更合乎逻辑。我可以理解并为其建立心理模型，然后能够预测事物

生物学在很大程度上是关于记忆的。所以我第一次搬到爱荷华州时，在七年级，中学有生命科学。我记得这实际上是关于记忆树木、解剖青蛙和识别解剖部位的。它并不那么基于逻辑。

在我七年级的时候，我参加了一个周六的强化班。它是关于分子生物学的。我不知道生物学与分子有什么关系，所以我去了。在这个班上，我开始了解现代生物学的进步。老师非常热情。他教我们关于 DNA、RNA、蛋白质、中心法则的知识。但他还让我们做一些有趣的实验，例如

从草莓中提取 DNA 并将抗生素抗性基因导入细菌，以便它可以在氨苄青霉素上存活。同时，他还向我们展示了这个，我称之为纪录片，但它实际上是一部名为《侏罗纪公园》的好莱坞电影。因为如果你把自己放在我的位置上，当时你正在学习所有这些分子生物学的基础知识，

基因拼接。然后观看《侏罗纪公园》，看看所有这些理论如此切实地存在以至于可以制造恐龙。这部电影感觉就像一部纪录片，但它也令人鼓舞和兴奋。因为那大约是《侏罗纪公园》上映的时候。那应该是 90 年代中期，那时你还在上中学。是的，是 94 年。无论如何，所以我看到了并且

我对学习更多关于分子生物学的知识产生了浓厚的兴趣。我们还学习了基因治疗以及使用分子生物学构建理性设计的药物的前景。这确实吸引了我的想象力。老师很棒。他的名字叫埃德·佩尔金顿。他只是强化班的老师吗？还是他也有……

普通课程，他在高中或中学任教。他是学校的顾问，他与孩子们一起从事有趣的科学和技术工作。但他记得我和其他几个学生都被分子生物学深深吸引住了。

当我上十年级的时候，他来到我们面前说：“你们可能想利用一个非常棒的机会。爱荷华州卫理公会医疗中心刚刚建立了一个基因治疗实验室，他们在医院里有一个志愿者项目。也许你们可以申请，并说明你们想在基因治疗实验室做志愿者，也许你们就能去那里。”所以，我和另外三个孩子一起申请了。

我们被基因治疗实验室录取了。他们教我们如何做实验。你还记得吗，我做的第一个实验是，科学家让我把一种叫做绿色荧光蛋白的水母蛋白基因，这种蛋白能让水母在晚上发光，放入人类癌细胞中。只是用腺病毒？只用脂质。我们用一点脂肪把它包起来，然后它就被细胞吸收了。然后

我在前一天下午做的。第二天，我去实验室，科学家带我去了一个黑暗的显微镜室。显微镜里射出一束蓝光。我们把装有细胞的培养皿放在上面。他让我看目镜。我看到一片绿色细胞，它们发出荧光——它们吸收了这种树。在我看来，它看起来像外星生物。是的。

你当时是十年级。我当时是十年级。那一刻让我对我们正在做的事情感到非常鼓舞。这种想法是，我们可以利用我们的知识来理性地设计新的药物。从那一刻起，我认为科学真的很酷，我想做更多的实验科学。

你有没有想过你的人生轨迹是如何因为一些看似随意的事情而改变的，比如你的父母选择搬家，让你有幸参加了那个强化班，然后你又幸运地遇到了一位非常特别的老师，他不仅和你一起做了这项令人难以置信的工作，而且还一直担任你的导师，让你在高中二年级申请了这个项目？我的意思是，我相信你一定听过这样的论点……

一系列非凡的巧合让比尔·盖茨和保罗·艾伦在正确的时间出现在正确的地点，来自拥有计算机实验室的正确高中，这些人都非常聪明，但更重要的是，他们被置于一个能够让他们迅速前进的环境中。

你觉得两者之间有相似之处吗？我认为我非常幸运。我认为有一些事情，随着时间的推移，我越来越感激和欣赏。首先，我认为，老师的重要性。我非常幸运，在我的一生中，我一直……

遇到过许多关心学生的老师，以及真正想寻找尽可能多的机会来帮助学生发展的老师。他们真的关心培养下一代。我认为拥有这些经历，对我来说真的是一种巨大的幸运。第二，我认为，这与美国有关。我认为能够移民到美国，并经历美国的教育体系，在那里你

有一个真正基于能力的制度，你可以努力工作，学习和发展，并获得机会。这确实是美国的特别之处。所以我认为教育和拥有一个培养想要发展和努力工作的人的体系，我认为，是我的巨大幸运。你认为如果你在中国长大，情况会有所不同吗？

不是因为中国人显然不会去做令人惊奇的事情。它也培养了伟大的科学家。但同样，再次谈到这种与这位了不起的老师在这个项目中发生的美丽而偶然的情况以及随之而来的一切，你认为你仍然能够偶然发现你本可以走的道路吗？甚至在不同的领域。我想说的是，你非常谦虚，但显然你在你所做的事情上非常特别。我想知道你是否认为你会做得更好

无论如何都会取得伟大的成就？或者你认为，不，有时你必须在正确的时间出现在正确的地方？

我认为命运很重要。中国也有很多机会。从20世纪80年代到今天，中国的发展呈指数级增长，但我不知道我会在哪里结束。中国的人口多得多。竞争激烈，教育体系也不同。我喜欢摆弄东西，在中国，更多的是基于记忆的学习。我不知道，但我非常感激在这里拥有所有老师和机会。

你在哈佛大学本科学习什么专业？我的专业是化学和物理。你显然知道你对遗传学感兴趣，但你是否觉得你需要更扎实的物理科学基础来实现你的最终目标？或者为什么你选择这个而不是生物学或分子生物学？没错。我知道我想学习生物学并设计生物系统。

但我认为生物学发展如此迅速，新的信息每周都在积累，有新的论文和新的研究，如果我学习一些从我入学到毕业不会发生太大变化的东西，可能会更有益。因此，化学和物理学是更成熟的领域。

它为我提供了坚实的科学基础，我认为这在我继续从事生物学工作时非常有帮助。与此同时，我在生物实验室里上课外工作，在那里我进行生物实验，阅读最新的文献。我认为这是一个很好的结合。当你选择斯坦福大学攻读博士学位时，你是因为卡尔而去的吗？

还是有其他原因，然后你最终在一年的课程学习后，找到了卡尔实验室的路？卡尔还没有在斯坦福大学开始工作。在我成长的过程中，尤其是在搬到爱荷华州之后，我读到了像史蒂夫·乔布斯和比尔·盖茨这样的人，以及正在发生的互联网革命。所以我对……

对硅谷有一种特殊的感觉。我对此非常感兴趣。所以当我申请研究生院时，我认为斯坦福大学和硅谷将是一个非常好的地方。我这样做了决定。你为什么决定回到东海岸做博士后，回到哈佛大学、麻省理工学院地区，而不是留在硅谷？

在那里追求你的激情，更接近工业界，尽管当然每个人都意识到波士顿在生物技术产业方面肯定不会落后于硅谷。我认为当时这可能是最有趣的机会。我应该提到，卡尔·戴瑟拉特是一位非凡的导师。我从他那里学到了很多东西，不仅是关于做科学，而且是关于如何成为

成为科学界一个良好的贡献者，分享信息和试剂，并将知识转移给尽可能多的人。他也是一位伟大的导师，他给了我尝试事物的机会。所以在大学校期间，我有几个月在卡尔的实验室里从事生物燃料项目。这是哪一年？这是2007年、2008年。

所以当时是能源危机、石油危机，生物燃料是一件重要的事情——亚历克斯·萨拉维尼斯和我当时也在做同样的事情。对。2008年。大约在那个时候，我认为这是一个有趣的问题。所以我探索了卡尔的实验室。我们认为，如果我们有什么进展，我们甚至可以去筹集风险投资。但事实证明，大约在2008年，金融危机也爆发了。

所以当时很多机会似乎都消失了。但与此同时，我收到了哈佛学会研究员的联系。他们说，我们喜欢你作为研究生的工作。你是否有兴趣来学会研究员，在这里探索科学？

我认为这很有趣。他们说：“我们会给你一份津贴，你不需要做任何具体的事情。你可以来这里闲逛，思考有趣的事情。”所以我申请了，然后去了那里。在那里，我开始探索基因编辑技术。

你才40岁出头。你是你领域最杰出的科学家之一。你对科学的现状乐观吗？我会指出两件负面事情，你不需要评论，因为我不想让你陷入困境，但在美国，对精英制度的攻击是显而易见的。所以，对你来说非常有用的机会，今天可能对你来说并不那么有用。由于各种原因，包括你的种族，它们今天可能对你来说并不存在。同样地，

我认为尽管在新冠疫情期间取得了非凡的科学进步，但在新冠疫情期间，公众对科学的信任也下降了，科学与宣传之间的界限变得非常模糊，此外还有很多其他事情。所以换句话说，

我想说的是，今天有很多事情看起来不像10年前那样有希望，就该领域而言，以及最先进的技术。尽管如此，你仍然像以往一样乐观，还是你有什么担忧？我是一个乐观主义者。我认为这是唯一的方法，因为如果你不乐观，那么当你那样的时候，就只有负面影响。但我对科学持乐观态度。我的意思是，我对科学感到非常兴奋。

所有正在发生的快速进步。关于生物学、人体、生理学的知识正在以非常快的速度积累。每周都有令人兴奋的发现被报道。

我们研究生物系统的技术也在加速发展，从测序技术发展到蛋白质质谱、基因编辑到新的显微镜。这使我们能够以更便宜、更快的速度收集新的、更丰富的数据。然后是人工智能。随着人工智能和更大计算平台的进步，我们

我们可以分析、学习和构建围绕这些数据的模型，这些模型比以往任何时候都更强大、更具预测性和生成性。这与未来机器人技术的进步相结合，我们可以实现实验自动化，甚至可以建立一个闭环系统，其中

人工智能和人工干预可以快速设计和迭代实验，我认为这将加速科学、医学和人类健康的发展，超乎我们的想象。所以我认为这真的很令人兴奋。

与此同时，我认为我们需要继续激发人们对科学的兴趣。我们需要确保最优秀的人才进入科学领域。你担心我们已经失去了对STEM的关注吗？我的意思是，显然人们谈论科学的鼎盛时期，对吧？在20世纪60年代，孩子们长大后看到了太空计划，看到了冷战，最优秀和最聪明的人想从事科学。他们想从事工程。

你认为这正在消失吗？如果是这样，你认为需要做些什么才能把它带回来？我们如何让最优秀的人才进入STEM领域？我认为我们肯定可以做得更多。我认为我们需要让孩子们对科学更感兴趣。我们需要一个教育体系来支持那些好奇、对科学和技术感兴趣的孩子，并给他们机会去

像我曾经拥有过的那样，真正探索这些好奇心和兴趣。当他们年轻的时候，他们很乐观，他们很有活力。如果我们能够培养这种好奇心和活力，并帮助他们保持这种好奇心和活力，我认为这就是我们让最优秀的人才继续从事科学的方式。

是的。我完全同意你的观点。这不是一项一年就能见效的投资。你今天必须这样做，然后你将在十年或二十年后获得回报。有时，这些投资对社会来说真的很难以做出，因为很难说，我现在要花钱买东西，而我10年或20年后才能收回成本。这些事情很难接受。但我希望收听本播客的人能够欣赏，当然是在你的例子中，这项投资的巨大价值。在许多方面，这是一个关于许多事情的伟大故事。这是一个关于移民的故事。这是一个关于科学教育的故事。这是一个关于好奇心的故事。这是一个关于美国梦的故事。无论如何，我很高兴我们终于有机会坐下来。这绝对值得等待。我很高兴在接下来的几十年里继续关注你无疑的持续成功。非常感谢你今天来这里。

感谢收听本周的《驱动》播客。对我来说，在不依赖付费广告的情况下提供所有这些内容非常重要。为此，我们的工作完全由我们的会员支持。作为回报，我们提供独家会员专属内容和福利，这些内容和福利超出了免费提供的范围。因此，如果您想将您对这个领域的了解提升到一个新的水平，我们的目标是确保会员获得的回报远远超过订阅价格。

高级会员资格包括多项福利。首先，全面的播客节目说明，详细介绍了我们在每一集中讨论的每一个主题、论文、人物和事物。街上的说法是，没有人的节目说明能与我们的相媲美。

其次，每月问答或AMA剧集。这些剧集由对订户问题的详细回复组成，通常侧重于一个主题，旨在为我们的会员特别感兴趣的主题提供大量的清晰度和细节。当然，您还可以访问这些剧集的节目说明。

第三，提供我们的高级时事通讯，该时事通讯由我们敬业的研究分析师团队编写。这份时事通讯涵盖了与长寿相关的广泛主题，并提供了比我们免费的每周时事通讯更详细的信息。第四，访问我们的私人播客订阅源，该订阅源为您提供访问每个剧集的权限，包括AMA，无需您现在和在常规播客订阅源中收听的广告。

第五，Qualies，这是我们制作的另一部会员专属播客，它作为精彩片段集锦，精选了《驱动》以前剧集的最佳片段。这是一种在不必回顾并收听每一集的情况下赶上以前剧集的好方法。最后，还有其他沿途添加的福利。如果您想了解更多信息并访问这些会员专属福利，您可以访问peteratiamd.com/subscribe。

您也可以在YouTube、Instagram和Twitter上找到我，所有用户名都是PeterAttiaMD。您也可以在Apple Podcasts或您使用的任何播客播放器上给我们留下评论。本播客仅供一般信息目的，不构成医疗、护理或其他专业医疗服务的实践，包括提供医疗建议。不会形成医患关系。

使用本信息和与本播客链接的材料的风险由用户自行承担。本播客中的内容并非旨在替代专业的医疗建议、诊断或治疗。用户不应忽视或延迟从他们所患的任何医疗状况中获得医疗建议，他们应寻求其医疗专业人员的帮助以应对任何此类状况。

最后，我非常重视所有利益冲突。对于我的所有披露以及我投资或咨询的公司，请访问peteratiamd.com/about，在那里我保留所有披露的最新和活跃列表。