很多年来生物学家想研发一种抗旱的玉米植物，然而可选方式却非常有限，通常生物学家会选用三种方法。可以选择选择性育种；尝试用辐射轰击种子，期望引起有利的变化；或者选择完全插入来自另一个生物体的DNA片段。 但是这些方法冗长，不精确或者代价昂贵，有时会同时应用这三种方法。然而选择CRISPR，这种小分子的制造方式既精确又便宜，它可以被程式设计，改写有机体的特定基因DNA。
廉价、相对容易的基因编辑技术的发展开启了一系列新的科学的可能性。在美国，利用CRISPR编辑的长寿命蘑菇已经得到了有关部门的批准，而其他地方的研究人员则在考虑利用CRISPR制作辣味西红柿和桃味草莓。
与此同时这项改变游戏规则的技术可能会对人类健康产生最大的影响。如果我们能够编辑掉导致遗传疾病的麻烦突变，那么就可以彻底消灭那些疑难杂症，但是人类基因编辑的道路上充满了争议和艰难的伦理困境。
关于驱动基因编辑革命的这项技术，它很复杂并且时常引起争议，下面是您需要了解的一些科普常识。
CRISPR是什么？
CRISPR是防御病毒入侵的一种进化方式。每当它们面对一种新病毒时，细菌就会从该病毒的基因组中捕获DNA片段，并复制出一个副本，储存在自己的DNA中。
生物学家收集了一组暴露在病毒下的的序列，这些细菌本质上讲在它们的基因组中携带了一个小文库。用图书馆比喻他们很形象，病毒DNA片段就像一本小书, 每一段都包含了资料，这些资料可以让细菌在下一次入侵时识别并迅速杀死病毒。在这些有用的DNA片段之间，还存在一些不太有用的重复DNA片段，就像一种分子书签一样将有用的DNA片段分开。
在一些细菌基因组中存在一系列成簇排列的重复DNA序列，被称作“规律间隔成簇短回文重复序列”，简称CRISPR, 但正是这些重复之间的片段让CRISPR如此有用。它们在某种程度上是无用的，我们称之为间隔，每一个都包含了细菌(或其祖先)在过去遇到的病毒DNA的参考记录。当一种以前从未见过的病毒攻击这种细菌时，它会在之前的攻击库中新增另一个间隔。
当来自同一物种的病毒再次攻击时，与该病毒基因组相对应的间隔就会开始起作用。这有点像我们之前的流感疫苗，人类的免疫系统就能识别流感病毒。间隔序列被转化为RNA，一种包含DNA资讯的分子并追踪相应的病毒DNA片段。它能够和细菌产生的被称为Cas的一类蛋白质形成复合体，对Cas蛋白起到导向作用。当复合体检测到入侵的DNA和gRNA序列一致时，附着在RNA链上的Cas蛋白就像一把生物剪刀，剪断目标DNA，使病毒变得无害。
它是如何工作的？
当然，所有这些机制只在你是细菌的时候才有用，那么我们如何将一种抗病毒防御机制转变成一种可以让我们自由编辑人类基因组的机制呢?
科学家们已经在实验室里研究出了如何制造属于他们的版本的CRISPR分子，而不是依靠细菌来为他们制造分子。首先，他们需要找到他们想要定位的DNA片段。对于镰状细胞贫血症，它是由单个基因的缺陷引起的，这相对来说比较容易，因为我们已经对导致这种疾病的基因进行了测序，所以我们确切地知道我们想要针对的遗传密码。
在我们开始解压缩和切割DNA之前，有必要先掌握DNA结构的基本知识。熟悉的DNA双螺旋结构由四种不同的含氮碱基组成:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)。 我们眼睛的颜色、我们可能长多高、我们是否易患某些疾病，这些都在我们的遗传密码中以碱基对的形式表现出来了。像拉链上的齿牙一样，这些氮基总是与它们的互补氮基配对。 A总是与T配对，而G总是与C配对，它们反复发生，直到构成人类基因组的30亿个碱基对。
但是DNA被锁在双螺旋结构中没有多大用处。它需要把这些资讯带到细胞中，在那里它可以用来制造蛋白质，而蛋白质是我们身体中几乎所有东西的基本组成部分。为了做到这一点，DNA解开自己的拉链，分解这些碱基对，直到它们在细胞中四处摆动。这些摇摆运动，瞬间未配对的碱基对与包含它们自己碱基的RNA短片段配对。
科学家们利用这些基本原理创造了他们自己的CRISPR分子，正如我们上面指出的，它们是RNA的短链。你所需要做的就是开启一段有趣的DNA片段，就像含有导致镰状细胞贫血的突变的那一小段，然后构建一个附加DNA切酶的互补RNA序列。这有点像从拉链的一边开始，然后使用它来构建拉链的相应但相对的一侧，让两边巧妙地咬合。
一旦你有了CRISPR分子，你就需要它们来捕获你的目标细胞。幸运的是，病毒最喜欢的就是向其他细胞注入物质，因此将CRISPR分子注入良性病毒是将CRISPR引入细胞的一种特别有用的方式，这种方法已经在许多涉及老鼠的研究中得到了应用。
现在CRISPR-Cas9可以真正开始工作了。 Cas9酶首先解开小块的DNA双螺旋结构，而RNA分子沿着暴露的碱基对嗅探它寻找完美的匹配。一旦发现完美匹配，Cas9会在修复剩余的DNA片段之前切断麻烦的基因。其他酶可以插入基因而不是删除它们，但不同CRISPR分子的解压缩、识别和编辑的基本过程是相同的。
CRISPR可以应用在哪里？
CRISPR对农业行业尤其有吸引力，农业行业一直在寻找一种方法来培育抗病和耐候性强的作物，从而提高产量、提高利润率。2015年10月，美国宾夕法尼亚州立大学的植物生物学家向美国农业部监管机构提交了一份经过基因编辑的钮扣菇，这种蘑菇的褐化速度比普通蘑菇慢得多。
一年后美国农业部证实，种植和销售同样的蘑菇，无需通过该机构对转基因食品的监管程式。当然非褐变蘑菇并不是最令人兴奋的食物，但美国农业部的这一决定意义重大，因为它暗示著，经过CRISPR编辑的作物可能能够回避有关针对转基因作物的强烈反对。
不只是蘑菇采用了CRISPR。在澳大利亚，一名科学家已经用CRISPR培育出了香蕉，使其能够抵抗一种致命真菌的侵袭。这种真菌可能会导致全球香蕉产量大幅下降。之前有新闻报道，如果不加以抵制真菌侵袭，未来香蕉可能从地球上消失。
尽管农业领域提供了CRISPR的一些最新应用例项，但涉及人类健康的风险要高得多。动物研究已经开始使用CRISPR来治疗镰状细胞贫血和血友病，CRISPR对于治疗这两种疾病很有希望，因为它们是由相对较少的突变决定的。在镰状细胞贫血的病例中，这种情况仅仅是由一个基因中单个碱基对的突变引起的。
CRSPR的争议是什么？
生物伦理学家莎拉·陈表示，科学家普遍认为CRISPR尚未做好临床应用的准备，在此之前要解决其中的不确定性。生物学家医学家要竭力理解其中的风险，还有很多工作要做。如果我们想改变一个人的整个基因组，只需要在他们只是一小群细胞的时候编辑他们的DNA。这会导致各种各样的伦理问题。
举例来说，如果我们能够改变胚胎的DNA，使其有可能更健康、更聪明或更漂亮，那么我们是否一定要阻止识别和消灭遗传疾病呢? 如果我们想要改变人类未来的寿命，或者智力，或者老年痴呆症的可能性，科学家可以提供革命性的方法，但是谁能决定人类是否可以做这样的改变吗？
而在农业方面，同样事情并没有变得畅通无阻。2018年7月，欧洲法院(European Court of Justice)对基因编辑作物的未来提出了质疑，它证实，基因编辑作物同样受到现有限制转基因作物种植和销售的法规的管辖。转基因作物，通常是将一种生物的基因植入另一种生物的基因中，在欧洲长期处于次要地位，尽管它们在世界其他地区很受欢迎。科学界许多人士认为转基因食品是可以安全食用的，但媒体对“基因食品”的警告以及环保组织的游说，目前转基因作物距离人类的普遍消费还很远。
CRISPR的农业倡导者希望，新的基因编辑技术将提供一个纠正这种平衡的机会。欧洲法院的裁决意味着，任何在欧盟种植或销售的经CRISPR编辑的食品，必须通过未经编辑的作物(或使用辐射突变等特定技术制成的作物)不必面对的严格安全测试。
至少就目前而言，革命性的CRISPR技术的应用还面临着很多障碍。
