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基因工程听起来很新潮，但其实是人类自古以来就掌握的一种技术。如果没有选择性育种，即通过不断改良作物和动物来筛选出更理想的性状，那么很多文明成就都不可能出现。千百年来，人类不断筛选和培育对自己有利的性状，于是有了今天这些温驯的狗、能产奶的牛、家养的鸡，还有小麦、玉米等粮食作物。
现代生物工程起步于20世纪70年代，根植于19世纪便已开启的对遗传学和基因学的不断探索。20世纪50年代，在罗莎琳德·富兰克林和莫里斯·威尔金斯的研究基础上，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克揭示了DNA的结构，即生物体生产指令的编码分子。1973年，斯坦利·科恩和赫伯特·博耶在细菌研究上取得了重大突破，成功地找到了将一种生物的遗传物质转移到另一种生物中的方法，甚至将青蛙的DNA引入细菌中。 2 这标志着基因工程时代已经到来。
受这一研究的启发，博耶于1976年创立了世界上第一家生物技术公司——基因泰克。公司的核心任务是操控微生物基因，以开发药物和治疗方法。仅仅一年之内，他们就对大肠杆菌实现了基因改造，使之成功分泌出了激素生长抑素，从而验证了这一技术的可行性。
尽管基因工程领域取得了一些瞩目的成就，但因为成本高昂、技术难度大且失败风险较高，其早期进展十分缓慢。然而，在过去的20多年间，基因工程领域经历了翻天覆地的变革，不仅成本大幅降低，操作也越发简便。（听起来是不是很耳熟？）而推动这一变革的重要因素之一，便是人类基因组计划的实施。这个耗资数十亿美元、历时13年的庞大项目，汇聚了全球公私机构的数千名科学家，他们的共同目标就是解锁构成人类基因组的30亿个遗传信息字母。 3 通过基因测序，原本复杂的生物信息DNA，被转化为人类可以阅读和使用的文本信息。那些复杂的化学结构，也被简化为由4种基本碱基——A、T、C和G组成的序列。
人类基因组计划首次尝试让人类的遗传图谱变得清晰易懂。1988年计划启动时，有些人觉得这是天方夜谭，注定失败。但事实证明，他们错了。到了2003年，白宫举办了一场盛大的仪式，宣布人类基因组的92%已经测序完成，生命的密码终于被解开。这无疑是里程碑式的成就，虽然它的全部潜力还需要时间来释放，但回顾过去，人类基因组计划确实开启了一场革命。
摩尔定律曾备受瞩目，但与之相比，《经济学人》提及的“卡尔森曲线”鲜有人知。 4 它描述的是DNA测序成本的大幅下降。随着技术的不断革新，人类基因组测序的成本从2003年的10亿美元锐减到2022年的不到1 000美元。 5 短短不到20年，价格就降低为原来的百万分之一，这速度比摩尔定律还要快1 000倍。 6 这项进展令人震惊，但人们似乎并未给予太多关注。
如今，基因组测序行业正蓬勃兴起，未来不久，大多数植物、动物（包括人类）等都有可能接受基因组测序。像23andMe这样的公司已经能够以几百美元的价格为个人提供DNA分析报告。
但生物技术的力量远不止于读取基因编码。如今，我们不仅能够编辑基因，还可以编写基因。CRISPR（成簇规律间隔短回文重复）基因编辑技术就是直接干预遗传学的最佳例证。2012年，在珍妮弗·杜德纳和埃玛纽埃勒·沙尔庞捷的引领下，这项技术取得了重大突破。它让人们首次能够像编辑文本或计算机代码一样轻松编辑基因，这远比基因工程早期的操作容易得多。
CRISPR利用Cas9酶这把“基因剪刀”精准地剪切DNA链的特定部分，从而实现基因编辑和改造。从微小的细菌到大型哺乳动物（如人类），CRISPR都可以实现从微小改变到基因组重大干预的各种编辑。这种技术的影响力不容小觑，比如，编辑形成卵细胞和精细胞的生殖细胞意味着变化将延续至后代。
自关于CRISPR的首篇论文问世以来，其应用进展可谓神速，短短一年内科学家就成功培育出首批基因编辑植物，甚至在那之前，首批基因编辑动物——老鼠已被培育出来。 7 类似Carver和PAC-MAN这样的CRISPR系统，为我们提供了预防病毒的新途径。与疫苗不同，它们不会触发免疫反应，有助于我们应对未来的大流行病。此外，RNA（核糖核酸）编辑等领域也为治疗高胆固醇、癌症等疾病提供了新的可能性。 8 Craspase这样的新技术不与DNA直接互动，而是与RNA和蛋白质协同工作，这或许能为我们带来比传统方法更安全的治疗干预手段。 9
人工智能风头正劲，遗传工程亦如此，每周都在不断演变和发展，吸引了全球大量的人才和精力，并开始结出累累硕果（在这里，真的是字面意义上的硕果）。CRISPR的应用领域越来越广，从富含维生素D的番茄，到镰状细胞病和β地中海贫血（一种导致血红蛋白异常的血液疾病）等疾病的治疗，都有它的身影。 10 未来，它甚至有望用于治疗新冠病毒感染、艾滋病、囊性纤维化，甚至癌症。 11 安全、广泛的基因疗法正向我们走来，它们将帮助我们培育出耐旱、抗病的作物，提高产量，并推动生物燃料的大规模生产。 12
回想几十年前，生物技术昂贵、复杂且进展缓慢，只有最有才华、资源最充足的团队才能涉足。但现在，像CRISPR这样的技术变得简单易用、成本低廉，正如生物学家妮莎·凯里所说，这些技术“推动了生物科学民主化” 13 。以前需要数年时间才能完成的实验，现在研究生们几周就能搞定。目前市场上已有像Odin这样的公司，仅以1 999美元的价格出售包含活蛙和蟋蟀的基因工程套件，还有更全面的套件，包括迷你离心机、聚合酶链反应仪以及所有必需的试剂和材料。
基因工程已经采纳了“自己动手做”的理念，这一理念曾经引领了数字初创企业的风潮，在互联网早期激发了无尽的创造力和潜力。如今，你只需花费25 000美元，就能购买到一台台式DNA合成器（下文对此有更多探讨），然后在你自己的车库中自由开展生物实验，不受任何限制或监督。 14