只需稍作调整，科学家就能在活细胞内对DNA进行剪切和粘贴，这得益于一项前景广阔的新技术，它有望实现从测试新药到治疗遗传性疾病的各种应用。
研究人员刚刚发现了一种方法，能让这一过程 变得便宜得多、简便得多，据周四发表于《Developmental Cell》期刊的一项研究。
研究人员表示，利用不到100美元，这一新工艺使科学家能够制备修改生物体整个基因组所需的部分关键材料，其中基因组即该生物全部DNA的完整集合。
该进展基于一项技术，使科学家能够锁定某一特定基因，并 对DNA片段进行剪切和粘贴 以改变其功能，这项技术被称为CRISPR-Cas9。加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna及其同事首先发现了细菌用来抵御入侵病毒的这一天然过程。
但该技术的能力远不止于此，它基本上使科学家能够重写生物体基因密码中的特定片段，包括人类的基因密码。
调整我们的基因
其原理如下：当细菌遇到病毒的DNA时，会合成一条与病毒DNA序列相匹配的RNA链，称为向导RNA（RNA是DNA的分子近亲）。向导RNA会与一种蛋白质（即CRISPR-Cas9名称中的Cas9部分）结合，二者共同搜寻相匹配的病毒。一旦找到匹配目标，这种蛋白质便会像一把剪刀一样切割病毒DNA，使其被破坏。
同样的过程可用于将DNA剪切和粘贴到几乎任何类型的活细胞中。例如，无需用这种蛋白质剪刀剪切病毒，它们也可以用来剪除 人类细胞中的DNA 并用科学家选定的DNA将其替换。
如此一来，便有可能将有缺陷的基因版本替换为健康版本。
人类大约有20,000至25,000个基因，它们编码的蛋白质在细胞中执行重要功能。但我们的基因蓝图中还有大量其他DNA，其用途并不那么明显。人类基因组计划的后续项目——DNA元件百科全书（ENCODE）已确定我们全部DNA中80%的功能，但其余部分仍是未解之谜。
在这项新研究中，研究人员开发了一种方法，使制作用于定位目标DNA（即人们想要修改的部分）的向导分子变得更加容易。研究人员以一种颇为风趣的方式将该流程命名为“CRISPR-EATING”，其含义为“Everything Available Turned Into New Guides”（所有可用物均转化为新向导）。
为演示该技术，研究人员将常见胃部细菌大肠杆菌（E. coli）（无害品种，并非会致病的那类）近90%的DNA转化为40,000种不同的向导分子。这些分子中的每一种都可用于靶向研究人员可能希望修改的任何DNA片段。
例如，若科学家想弄清某一特定基因的功能，他或她只需将其剪除，观察会发生什么。数千种此类向导可同时注入不同细胞中，这一过程称为基因筛选。这些筛选可以揭示某一基因存在哪些形式，以及其中是否有任何形式可能导致疾病。
监测正在发育的胚胎
但开发这项技术的研究人员另有用途。他们计划在活细胞分裂过程中追踪染色体，即紧密盘绕、包含基因的DNA包装体。他们希望查明，在细胞发育为多细胞生物的过程中，是什么控制着细胞核（即细胞内包含DNA的中央区室）的大小，以及细胞其他组分的情况。
“这项技术将使我们能够为整条染色体“上色”，并在活体中观察它，真正跟随它……例如在胚胎中，随其经历发育转变的全过程，”该研究共同作者、加州大学伯克利分校分子与细胞生物学家Rebecca Heald在一份声明中表示。
这一点很重要，因为这意味着研究人员能够在细胞分裂时追踪染色体大小和结构的变化，并有可能发现可能导致疾病的变化。
今年早些时候，中国科学家宣布他们利用该基因编辑技术 修改人类胚胎的基因组。该研究引发了争议。这些胚胎因无法存活而被选用，但一些科学家已警告，在人体中使用这项新兴技术存在伦理和安全问题。
一个担忧在于，该技术目前仍相当不精确，会在基因组其他部分造成大量意外突变。在中国研究人员尝试修改的86个胚胎中，只有28个成功改变，且其中只有一小部分含有目标DNA。研究人员表示，要使该技术安全，其准确率 须接近100%，研究人员表示。
近期，科学家开发了 一种能将不必要突变减少 40%的方法，这可能使该技术更安全地用于人类。但伦理障碍依然存在。
本文系与 Business Insider合作发表。刊发本文并不代表世界经济论坛认可其中观点。
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作者：Tanya Lewis是Business Insider的科学记者，专注于生物学与科技的交叉领域。
图片：分子遗传学技术专家Jaime Wendt查看一张载有DNA的载玻片，该载玻片位于美国威斯康星州密尔沃基市威斯康星医学院人类与分子遗传学中心测序核心实验室，拍摄于2014年5月9日。REUTERS/Jim Young
