分子尺度上對遺傳物質(zhì)的讀寫

近?30?年來，以?CRISPR（成簇規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列）為代表的基因編輯技術(shù)飛速發(fā)展與應(yīng)用，使人類能夠在一定程度上對于?DNA?進行精確編輯。科學(xué)家不斷改進?CRISPR?系統(tǒng)，利用?CRISPR?技術(shù)實現(xiàn)特定基因的破壞、修復(fù)、關(guān)閉和啟動，實現(xiàn)對癌癥、肥胖癥、艾滋病、乙肝以及各類遺傳疾病（包括鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥等）的治療。同時，CRISPR?作為一種新的使能技術(shù)，能夠為諸如合成生物學(xué)等新學(xué)科發(fā)展開辟嶄新的領(lǐng)域，可以催生并構(gòu)建新的分子機器和器官，以及用于大規(guī)模遺傳篩選和制造各種基因缺陷的動物模型工具，進而使研究人員能夠利用這些工具在原子和分子層面上對新的理論和技術(shù)進行測試。美國國家科學(xué)基金會認(rèn)為?CRISPR?作為一種使能技術(shù)，能夠有效地促使科學(xué)和工程領(lǐng)域的重大跨越，極大地促進了表觀遺傳學(xué)、合成生物學(xué)等生物學(xué)新興領(lǐng)域的快速發(fā)展。

合成生物學(xué)是在分子水平上對生命系統(tǒng)的重新設(shè)計和改造；合成生物學(xué)結(jié)合了其他領(lǐng)域的知識和工具，涉及的領(lǐng)域包括系統(tǒng)生物學(xué)、基因工程、機械工程、機電工程、信息論、物理學(xué)、納米技術(shù)和電腦模擬等；合成生物學(xué)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、能源、制造業(yè)和醫(yī)學(xué)等行業(yè)得到應(yīng)用。合成生物學(xué)的發(fā)展表明生物分子適合作為存儲數(shù)字化數(shù)據(jù)的載體。美國國家科學(xué)基金會于?2017?年?5?月首次發(fā)布了《針對信息處理和存儲技術(shù)的半導(dǎo)體合成生物學(xué)》項目指南，旨在探索合成生物學(xué)與半導(dǎo)體技術(shù)之間的協(xié)同作用，開創(chuàng)兩大領(lǐng)域的新技術(shù)突破。趙國屏院士指出，“合成生物學(xué)的崛起突破了生物學(xué)的傳統(tǒng)研究范式，從‘格物致知’轉(zhuǎn)變?yōu)椤ㄎ镏轮ê铣缮飳W(xué)）不僅將人類對生命的認(rèn)識和改造能力提升到一個全新的層次，也為解決與人類社會相關(guān)的全球性重大問題提供了重要途徑”。哈佛大學(xué)教授?George Church?認(rèn)為合成生物學(xué)和基因編輯技術(shù)共同將人類帶入了基因組學(xué)革命時代，即染色體尺度上基因讀和寫的交融。