生物技术革命：从基因编辑到人工器官，人类正在重新定义生命科学
科学家们正在以前所未有的精度操纵生命密码，一场改变医学、农业和生物制造的革命正在全球实验室中悄然发生。
中国研究团队将一只经过6处基因编辑的巴马香猪左肺移植到一名脑死亡者体内。移植肺维持通气和气体交换功能长达9天，未发生超急性排异反应。
这标志着异种肺移植领域迈出关键一步，有望缓解全球器官移植供体短缺的困境。
与此同时，中国科学院团队开发出新型可编程染色体编辑技术，实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型精准操纵，被誉为“基因工程领域的重大突破”。
01 异种器官移植，破解短缺难题
器官短缺一直是移植医学面临的最大挑战。全球每年有数以万计的患者在等待器官移植中去世。异种移植——将动物器官移植到人体——可能是解决这一问题的关键。
中国团队取得的突破令人振奋。广医一院何建行教授团队成功将基因编辑猪肺移植到脑死亡人体内4。供体猪经过六处基因编辑，以降低移植到人体后的免疫风险。
手术后监测数据显示，移植肺维持功能长达9天，未发生超急性排异反应，同步病原学监测也未发现活跃感染迹象4。
西班牙国家移植组织主任比阿特丽斯·多明格斯-希尔德评价：“此前的异种器官移植试验限于肾脏、心脏和肝脏。与它们相比，异种肺移植面临更大的挑战。”
02 基因编辑技术，精准操纵生命密码
在基因编辑领域，中国科学家同样取得了重大突破。中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞团队研发了一种新型可编程的染色体编辑技术。
该技术在动植物的基因操控上实现了从千碱基到兆碱基级别DNA的多类型精准操纵，显著提升了真核生物基因组的操纵尺度和能力。
利用这项大片段DNA精准操纵技术，研究人员不仅能实现多基因叠加编辑，还可通过操控基因组结构变异，为作物性状改良和遗传疾病治疗开辟新路径。
审稿人评价，这项工作代表了基因工程领域的重大突破，在育种和基因治疗方面具有巨大的应用潜力。
03 AI驱动发现，CRISPR系统全新升级
人工智能正在加速生物技术领域的创新。来自浙江实验室和上海交通大学医学院的研究团队采用自然语言处理技术，将蛋白质序列视为“生物语言”。
利用进化尺度语言模型（ESM），他们开发了AIL-Scan分类器，对Cas蛋白的识别准确率达98.22%，显著优于传统方法。
研究团队成功鉴定了7种未记录的Cas12a亚型，这些新亚型具有独特的PAM识别特性和核酸酶活性。
通过实验验证，发现AmCas12a等新型核酸酶具有独特的温度依赖性和金属离子偏好性，可识别更广泛的PAM序列，突破了传统TTTV序列的限制。
04 合成生物学革新，微生物工厂高效生产
合成生物学领域也在经历革命性变化。英国科学家成功设计出名为Syn57的大肠杆菌菌株，其具有流线型57密码子遗传代码，比自然生物中的64密码子少了7个。
这种创新设计使细菌对病毒具有抗性，提高了生物技术效率，可用于药物生产和新材料开发。
研究人员通过细致重写细菌的整个基因组，消除了冗余密码子，进行了超过10.1万处精确更改。
国内研究团队则在解决运动发酵单胞菌作为合成生物学底盘细胞存在的转化效率低、大质粒不稳定等瓶颈问题方面取得了进展7。
他们通过构建启动子-终止子元件库优化β-胡萝卜素基因簇表达，并创新性敲除限制修饰系统基因和DNA修复基因，使9.5kb报告质粒电转效率提升，β-胡萝卜素产量达到目前报道的最高水平。
05 癌症治疗新策略，合成生物学精准干预
合成生物学的进步也为癌症治疗提供了创新策略。福建师范大学曾雪梅副研究员团队开发出微波激活的细菌机器人（Cu2O@EG），通过工程化改造大肠杆菌，使其在肿瘤微环境中可被外部微波精准激活。
该系统表达葡萄糖氧化酶，快速消耗肿瘤内的葡萄糖并生成过氧化氢；同时，细菌表面负载的氧化亚铜纳米颗粒通过芬顿样反应催化H2O2产生高活性氧，同步诱导肿瘤细胞发生凋亡、铁死亡和铜死亡三重杀伤，并激活免疫应答。
动物实验证实，该疗法可高效破坏肿瘤代谢、逆转免疫抑制微环境，且因微波的时空可控性避免了健康组织损伤。
06 基因治疗安全升级，人源系统降低风险
基因治疗的安全性一直是制约其临床应用的关键因素。浙江大学团队针对CRISPR激活系统中病毒来源转录激活域潜在的免疫原性问题，开发了基于人源转录激活域的新型系统。
研究人员系统比较了人源转录激活域的激活效能，开发出NFZ-p65HSF1等组合式人源转录激活域。
这些新型激活域在dCas9/dCasMINI系统中展现出与经典病毒TAD-VPR相当的基因激活效率，同时具有更小的分子尺寸和更低的预测免疫原性。
研究开发的NP（NFZ-p65HSF1）组合对血红蛋白γ基因的激活倍数高达5.5万倍，且通过dCasMINI系统进一步缩小了载体尺寸，为体内基因治疗提供了更优解决方案。
07 技术伦理并存，生物技术发展需平衡
随着生物技术的飞速发展，伦理问题也日益凸显。基因编辑技术特别是胚胎基因编辑引发的伦理争议尤为突出。
2024年，深圳某夫妇通过PGD技术筛选胚胎，拒绝携带“近视基因”，这一行为引发全球热议。
支持者认为“这是优生学的进步，能减少痛苦”，而反对者则认为“我们正在制造基因贵族，加剧了社会的不平等”。
生态学家陈博士提出担忧：“如果全人类长寿，地球会不会变成一座挤满的养老院？”
中科院某院士表示：“进化从未停止，只是人类第一次成为它的合作者。”
随着更多实验室将人工智能与基因技术结合，生物进化的速度正在被加速数万倍。
细菌在10天内进化出抗药性，胡椒蛾用8年完成肤色逆转。
这些技术不仅停留在实验室，更正在进入千家万户。医院里，每月有500例患者通过基因疗法治愈家族性乳腺癌，他们的基因被修改为“抗癌模式”。
合成生物学、基因编辑和人工智能的融合，正在推动生命科学走向一个更加精准、可编程的未来。