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？《上帝的手术刀》一书主题聚焦于21世纪生命科学领域热门的基因编辑技术，可以说是 第①本系统讲述基因编辑技术这一革命性研究进展的大众科普读物，给很多人带去了对新技术和人类未来世界的想象。

？这本书从孟德尔神父的“豌豆实验”入手，用跌宕起伏、起承转合的文学讲述手法，在全书中埋下层层伏笔，抖出一个又一个重磅包袱，将基因科学的发展简史向读者娓娓道来，宛如一位智者在科学之树下摇着扇子讲故事。其内容之深入浅出、讲述手法之驾轻就熟，令人手不释卷。

？新版《上帝的手术刀》在首版基础上新增内容近百分之二十，王立铭教授精挑细选了诸多蕞新进展和典型案例，为读者悉心梳理了自首版上市以来基因编辑领域的三大重要变化：基因编辑技术的持续进化、基因编辑技术的应用场景不断拓宽、基因编辑技术的监管日趋完善和成熟，将帮助广大读者持续追踪与探索这一具有特大发展潜力的热门领域。

赞誉

序 科学的故事之旅

前言 基因编辑：连接历史和未来

01基因的秘密

达尔文的麻烦

种豌豆的神父

围猎遗传因子

DNA双螺旋结构

中心法则

02给基因动手术

让人生病的基因

基因入药

成也病毒，败也病毒

望后的希望

03黄金手指

“缺啥补啥”遇到的新问题

里德先生的烦恼

基因组手术三件套

20多年的独角戏

04编程时代

开源破牢笼

“神话”蛋白

颠覆和被颠覆

超轻量级选手

看不见硝烟的战场

05未来，和未来的未来

意想不到的突破

基因编辑进化论

未来的未来

误入歧途

未雨绸缪：伦理还是监管

后　记 扑面而来的基因编程时代

新版后记 2017—2022：基因编辑的又一个5年

参考文献

图片来源

王立铭？加州理工学院博士，深圳湾实验室研究员，凯风创投投资合伙人。

  ？得到App“生命科学50讲”等课程主理人，《巡山报告》专栏主笔，长期追踪生命科学与现代医学的蕞新进展。

  ？著有《给忙碌者的病毒科学》《王立铭进化论讲义》《生命是什么》《吃货的生物学修养》等大众科学读物，作品曾获 图书馆文津图书奖、吴大猷科学普及著作奖创作类金签奖、科技部全国 科普作品等图书大奖。

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让人生病的基因说完了基因，我们来说说基因和疾病的关系。

    疾病是伴随每个人一生的一个名词。在现代医学辞典里，能够明确命名和定义的疾病多达上万种。它们的发病原因、临床症状和治疗方法千差万别。但我们可以很有把握地说，所有疾病都和我们身体里的遗传物质、和我们从父母那里继承来的遗传信息，有着千丝万缕的联系。注意，这里说的是所有疾病。

    我说这句话有点耸人听闻的嫌疑，但是里面的道理并不难懂。

    我们已经知道，生物体内的基因能够通过生产各种各样特定的蛋白质分子，决定身体的各种性状。这里可以想想豌豆的黄色表皮和肺炎链球菌的粗糙表面，想想大家从中学生物书里就学过的与单双眼皮、头发颜色、血型和体型等性状相关的特点。自然而然地，如果决定这些性状的基因出了问题，人体也就很有可能会出问题，即便这些基因在“正常”状态下工作，也可能会影响人体对疾病的敏感程度和抵抗能力。

    疾病光谱的一端散布着那些 由遗传因素引起的疾病。如果人类基因组上某些特定的基因，因为种种原因出现了DNA序列的遗传改变，使得人体某种生理活动出现异常，我们一般笼统地称其为遗传病。这类疾病中包括一些病因相对简单的所谓“单基因”疾病，即由于单个基因的DNA序列和功能发生变化导致的疾病。

    镰刀形红细胞贫血症就是大家已经熟知的一类单基因遗传病。在人体基因组中，有几个负责编码和制造血红蛋白的基因，包括HBA和HBB。这些基因对于人维持正常机能 重要，因为血红蛋白是血液中的红细胞携带和运输氧气的重要载体。而在镰刀形红细胞贫血症患者体内，HBA基因的DNA序列发生了一个特定碱基分子的变异：第20位的碱基发生了变化，从A变成了T，从而导致HBA蛋白第7位的氨基酸从谷氨酸变成了缬氨酸，成为功能异常的HBS蛋白。就是这么一个 程度的遗传变异，竟然剧烈破坏了人体血红蛋白的形态和功能。在这些患者体内，红细胞不再是规则的圆饼形，而是成了不规则的镰刀形（见图2-1），并伴随有严重细菌感染、肝脏脾脏肿大等一系列临床症状。

    白化病是另一个例子。人类基因组里编码酪氨酸酶的基因，例如OCA1、OCA2和TRP-1，对于人体合成黑色素 重要。因此，如果这些基因出现遗传变异，人体皮肤及毛发失去合成黑色素的能力，就会出现“白化”症状。而比“白化”本身 影响健康的是眼部视网膜、虹膜和瞳孔的色素缺失。也正是因为这个原因，白化病患者 畏光。

    在这两个例子里，我们能直接看出基因和某些疾病之间的联系。正常工作的基因既然对于人体的健康机能至关重要，那么如果基因的DNA序列发生变异，就可能会导致严重的遗传疾病。

    当然，一个很有意思的现象是，历经漫长进化的人类基因组并没有淘汰掉所有有害的遗传变异。换句话说，不少导致疾病的遗传变异也不仅仅是“上帝的诅咒”那么简单。所谓的“ 优势”理论对此进行了解释。

    有一种 严重且至今无药可治的单基因遗传病名为“囊肿性纤维化”（见图2-2），这种病在北欧人群中的发病率相当高。这种疾病是由于人类7号染色体上一个名为CFTR的基因发生突变，丧失功能导致的。CFTR基因负责编码一个细胞膜上的离子通道，这个“通道”的作用是让水分子能够在细胞内外流动，对于身体各组织分泌黏液至关重要。如果一个人身体内来自父亲和母亲的两个CFTR基因拷贝同时出现缺陷，就会导致细胞分泌物黏度上升从而形成囊肿。

    据进化生物学家的推测，这个致命的CFTR基因缺陷其实相当年轻，仅有52000多年。那个时候，人类祖先已经走出非洲，长相和脑容量也已经和现代人相差无几。令人困惑的是，既然这种遗传缺陷足以致命，为什么它还能够顽强保留下来，没有被自然选择淘汰呢？一个可能的解释是，与携带两个变异基因拷贝的病人相比，仅仅携带一个CFTR变异基因的人不仅不会得病，反而会获得额外的生存优势，例如对霍乱、痢疾和肺结核的抵抗力。

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其实很多时候，不切实际的狂热乐观和理想幻灭的万念俱灰，这两种截然相反的情绪反应其实是孪生子。当我们对一个东西抱有过度的热爱和憧憬的时候，很容易忘掉或忽视客观存在的问题和风险；而当客观现实无比倔强地证明自己的时候，一直沉浸在幻想中的人们很容易直接坠入漆黑无比的绝望深渊。和所有时候一样，科学和理性是对抗这两种极端情绪的最佳武器。

如果刚才你还没觉得担忧，现在应该嗅到了巨大的危险了吧。尽管今天我们对人类基因的理解仍然非常粗浅，对于基因能否决定智商、气质等一些性状，又是如何决定的问题，我们目前还是两眼一抹黑。但我相信我们总有一天能把这些事情通通搞清楚。到那时，基因编辑的推广是否将会把人类带向万劫不复的深渊呢？

要知道，人类社会始终存在着不平等，这种不平等可能是家庭背景上的、经济收入上的，也可能是政治地位上的、教育程度上的，等等。我们自然也没有天真到认为这些不平等会一夜之间消失，人类从此进入大同世界。甚至我们可以清楚地看到，这些不平等很多时候是可以在代际之间传递的：比如很多社会学研究都证明，家庭收入较高、父母教育水平较高的家庭，往往有更多时间陪伴孩子，有精力投入子女教育，因此，他们的后代的社会经济地位从统计意义上还是会较高。但是这一切至少是有可塑性的，家境贫寒的孩子努力读书工作也仍然可以出人头地，优越的家庭环境也有“富不过三代”的永恒困扰。但是如果有了基因编辑这把上帝手术刀的强力介入，一切就有可能不一样了！有钱人的孩子如果早早接受了基因手术的“改善”，他们就可能从外貌到智力在各个方面都占据竞争优势。而且要命的是，这些优势还是写进基因组里，是可以遗传的，而穷人家的孩子可能就永无翻身之日了！难道基因编辑这项从诞生之日起就伴随着鲜花和掌声的新技术，勾画出的是一条通向黑暗地狱的道路？

还有一种更要命的可能性。

不管是治疗、预防还是改善，我们讨论的对象都是已经出生的人类个体。而人类的许多性状是在发育阶段形成的，一旦发育完成就很难再改变。一个简单的例子就是身高。在幼年时期，生长激素的分泌能够影响我们的身高，但是到青春期之后，随着骨缝闭合，再有更多的生长激素也不会再长高了，反而会患上肢端肥大症。而且我们很容易想到，在发育早期进行基因编辑难度要小很多。因为在此阶段细胞仍在进行持续地分裂增生，修改一个细胞就意味着它成千上万...

我们可以把一个活的生物体看成许许多多化学物质在三维空间里的时空分布...在以纳米为空间精度、微秒为时间精度的约束下完成排列组合。

不得不说，伦理观总是滞后于科学发现，甚至也滞后于社会变化本身。原因其实并不奇怪，所谓伦理，很大程度上代表的是对事物“对”“错”的判断，这种判断必然源自于某时、某地、某个群体中主流的生活方式和价值观。而主流人群的生活方式和价值观的变化总是缓慢的，滞后于科学发现的。

带着对未来的不安和美好期待，故事也到了该说再见的时候。希望在我们的故事里，你们能看到知识产权和商业的白热化竞争，更能看到许许多多隐藏在进化背景里的奇妙现象，以及他们是如何一点点被人类好奇的眼光所注视和理解的。我也希望你们能看到人类探索自然奥秘的道路上有多少曲折反复，有多少激动人心的高光时刻。最重要的是，我还希望你们能看到多少实验室里不经意间的有趣发现，用一种巧夺天工的方式最终造福了人类自己。

可能我们这种跳得不高、飞得不远、力气也不大的卑微的碳基生命，就是这样一步一步走出非洲，并在全世界开枝散叶建立文明的。也正是因此，我们才能够把飞船送出太阳系，把眼光投向亿万光年之外和原子之间的。而我们这一次终于操起了上帝的手术刀，开始对自身遗传信息进行编辑和修改，这会不会是人类文明漫漫征途上的下一个接踵而至的光荣与梦想？

圣加蒙公司利用专利壁垒保障了自己的生存和发展，用以支撑其高昂的研发成本，这本身当然无可厚非，甚至可以成为这一行业知识产权保护的最佳实践。但是与此同时，历史的事实是，圣加蒙公司的垄断措施实际上显著延缓了整个锌手指核酸酶领域的技术进步。

书籍介绍

《上帝的手术刀》一书主题聚焦于21世纪生命科学领域最为热门的基因编辑技术，可以说是国内第一本系统讲述基因编辑技术这一革命性研究进展的大众科普读物，给很多人带去了对新技术和人类未来世界的想象。

这本书从孟德尔神父的“豌豆实验”入手，用跌宕起伏、起承转合的文学讲述手法，在全书中埋下层层伏笔，抖出一个又一个重磅包袱，将基因科学的发展简史向读者娓娓道来，宛如一位智者在科学之树下摇着扇子讲故事。其内容之深入浅出、讲述手法之驾轻就熟，令人手不释卷。

新版《上帝的手术刀》在首版基础上新增内容近20%，王立铭教授精挑细选了诸多最新进展和典型案例，为读者悉心梳理了自首版上市以来基因编辑领域的三大重要变化：基因编辑技术的持续进化、基因编辑技术的应用场景不断拓宽、基因编辑技术的监管日趋完善和成熟，将帮助广大读者持续追踪与探索这一具有极大发展潜力的热门领域。