生命，大约在35-38亿年前出现，此后生命形态一方面从单细胞向多细胞、由简单的细胞重复到出现组织分化、由消耗化学能到依靠太阳能，生命的形态在各个生境开枝散叶；另一方面，生命又经遭受着一次次因环境改变而导致的物种大灭绝。那些流淌在漫漫生命演化长河中99%以上的物种只能借由凤毛麟角的化石管窥蠡测。但是很难想象，所有的生命竟遵从同一套生命铁律--DNA和RNA，物种间、个体间的不同就来自DNA（少数为RNA）的差异。个体的所有性状都对应DNA（少数为RNA）上一段或几段有意义的序列，我们把有意义的序列称作基因。基因已然支配生命数十亿年，而人类却只用了约一百年就揭开了DNA的面纱。
只是，这还不够。
人类的进取永无止境，我们总是希望能够给基因做做“手术”，将甲的优势移植到乙身上，抑或切除丙的基因缺陷。而中科院脑科学与智能技术卓越创新中心的杨辉研究员就是这样一个给基因做“手术”的人，借助于新型基因编辑技术CRISPR/Cas9，在他手中基因编辑变得更加精准、简洁、高效。他也在对这项技术的应用中，找到了自己梦想。
本想敲除基因却意外敲除了一条染色体
2012年问世的CRISPR/Cas9技术，通俗点讲就是利用一类特殊的RNA去引导一种具有DNA内切酶活性的蛋白去切割DNA。虽然细胞内存在很多机制能够修复断裂的DNA，只不过这种修复并不精确，修复后的双链DNA有很大概率会多几个、少几个或者错几个碱基，也就是我们常说的基因突变了。如果同时靶向好几个基因，那么这几个基因就可以同时被敲除。
而在生物体内，有些DNA序列会在某条染色体中存在好多好多一模一样的副本，称为“重复序列”，那么如果我们靶向的是重复序列，能否把该重复序列全部突变呢？带着这个疑问杨辉带领团队以小鼠Y染色体上的重复序列为目标，利用CRISPR/Cas9技术，对小鼠的受精卵进行基因编辑，当这类受精卵移植到母鼠体内产下小鼠个体时，子代绝大多数都成了雌性的。这个“变性现象”引起了杨辉团队的兴趣。在经过了大量的求证后，研究团队相信，他们对于重复序列的敲除操作导致了整条Y染色体的崩溃，对于小鼠来说，失去Y染色体就会导致原本应该是雄性的小鼠变成雌性。紧接着，杨辉带领团队又尝试了其它几个染色体的重复序列，再配合以染色体核型分析技术和DNA荧光原位杂交技术等鉴定手段，亲眼“见证”染色体从细胞核中消失，这终于做实了他们的猜想。
杨辉立刻想到了这个技术在现实中巨大的应用潜力。人类唐氏综合征发病原因是多了一条21号染色体，目前全世界都没有治愈手段。他们将唐氏综合症病人的细胞拿过来，对细胞进行21号染色体进行打靶，可喜的是，该方法真的可以敲除多余的一条染色体。他们将该成果发表在GenomeBiology上。该文章成果入选当年的F1000。
目标：罕见病
本想这一成果仅仅是科研上的突破，没想到却悄悄传到了有唐氏综合症宝宝的家庭。杨辉意外地收到了国内外多封邮件。他们说的最多的是“希望能看到研究进入临床的那一天”。作为一名父亲，杨辉深深理解患者父母的殷切希望。患儿家长组织了一次线下见面会，当团队的人看到那些可爱的孩子时，真的心有不忍却又无能为力。杨辉逐渐感觉到，疾病发病率对于大多数人是一个数字，但对于病患家庭来说则完全不同。
在这个机缘之下，他逐渐把目光转向基因疾病治疗，特别是罕见病。罕见病其实并不罕见，全球目前发现的罕见病有7000多种，总人数超过3亿，比肿瘤总的人口还要多。而大部分是单基因的遗传疾病，有一半发生在儿童时期，一旦发病将伴随终生。杨辉开始想做些什么。罕见病大多来自于基因缺陷，因此基因治疗可以说就是治愈罕见病的希望。然而横亘在基因编辑要从一种实验室技术转变成面向公众的基因治疗，必须要过的一关就是安全性。
然而说来很尴尬，自CRISPR/Cas9问世以来，人们对其安全性了解的并不多，而建立在这种高风险之上的基因治疗的研发也就成了空中阁楼。比如说新一代基因编辑技术单碱基编辑器（Baseeditor）。单碱基编辑器包括腺嘌呤编辑器（ABE）和胞嘧啶编辑器（CBE），是CRISPR/Cas9的衍生工具，它能够在不切割双链DNA情况下直接对碱基进行原位化学反应，让一种碱基变成另外一种目的碱基。不进行双链切割就不会发生细胞内的随机修复，加之碱基原位更改，看上去似乎给人以满满的安全感。
但是对杨辉来说，安全性是个严肃的问题，不应该是你觉得安全或我觉得安全就行，进入临床就是人命关天的大事，安全性必须靠数据来说话。而基因编辑的安全性最大的隐忧来自于脱靶效应，也就是Cas9蛋白和单碱基编辑器打偏了，在其它地方出现了我们不想要的DNA切割和突变。
“GOTI”技术让基因编辑DNA脱靶无处隐藏
要回答脱靶问题，最普遍，也是大家传统上都认可的做法是在全基因组序列中寻找与靶向序列相似的序列，之后进行合理的计算与预测，选出最具有脱靶可能性的10-15个位点，对细胞或者个体基因编辑结束后对这些位点进行检测，如果这些位点发生了突变，则证明脱靶了。这样检测的结果完全依赖于算法聚焦的十几个位点，然而在浩渺的基因组中，有谁能保证算法就一定能毫无疏漏？
既然算法不见得靠谱，我们就不要算法了。杨辉带领团队设计了一个巧妙的实验，开发出了“GOTI（Genome-wideOff-targetanalysisbyTwo-cellembryoInjection）”脱靶检测技术。在小鼠受精卵发育到两细胞时，仅对其中一个卵裂球进行基因编辑，并标记上荧光颜色，此后让该胚胎正常发育至14.5天。此时，基于荧光颜色，将编辑与未编辑的细胞群分离开来，通过全基因组测序比对两组差异。这个实验避免了单细胞体外扩增时随机基因突变带来的噪音，又设计出了目前最完美的对照组——由于编辑与未编辑的细胞群均来自于同一枚受精卵，理论上基因背景完全一致。
杨辉团队用GOTI技术检测了现有的基因编辑工具，发现CRISPR/Cas9以及腺嘌呤编辑器（ABE）不会造成脱靶，而胞嘧啶编辑器（CBE）却产生了较之本底高出20倍突变频率。进一步分析发现这些脱靶大多都无法用传统的算法来预测。其中甚至还有部分出现在抑癌基因上，安全隐患不可谓不大，临床潜力堪忧。
这一成果发表在国际期刊Science杂志上，让世人重新审视了这些新兴技术的风险。不知是否是因此，国内外的两项单碱基编辑的临床实验被紧急叫停。其实就杨辉本身而言，他作为一个基因编辑领域的科学家，比谁都更想尽快将这一技术应用于临床，所以说这一成果颇有搬起石头砸自己脚的意味。但是他表示“我们对这些技术知道的多一点，在未来临床上就会多一份胜算”，他不后悔。而他的团队开发的GOTI技术受到了国内外同行的高度重视，这是一种在精度、广度和准确性上远远超越之前的基因编辑脱靶检测技术，有望因此开发出精度更高、安全性更好的新一代基因编辑工具。
改造单碱基编辑器，让RNA安全无虞
对基因编辑的安全性如何苛刻都不为过。当人们还在聚焦在基因编辑DNA脱靶问题时，杨辉把目光看向了细胞中的另一类核苷酸—RNA。中心法则显示，DNA会被转录成RNA，之后RNA翻译成蛋白质，蛋白质就直接体现了生命体的各种性状。在对脱靶效应的研究中，杨辉团队开始思考，对DNA的编辑工具会不会脱靶到RNA上呢？一旦RNA突变，那么可能就会引起蛋白质突变，性状自然跟着发生改变。
杨辉带领团队对腺嘌呤编辑器和胞嘧啶编辑器处理过的细胞进行大量的RNA测序分析，首次证明了胞嘧啶单碱基编BE3、BE3-hA3A和腺嘌呤单碱基编辑器ABE7.10等多个单碱基编辑技术均存在大量的RNA脱靶，并且发现被寄予厚望的ABE7.10的RNA脱靶高频的发生在癌基因和抑癌基因上。阴云再一次笼罩了团队——90%的罕见病本就无药可治，而如今被寄予厚望单碱基编辑技术却存在非常严重的安全问题。但是发现问题才能解决问题，杨辉团队通过对脱靶位点深入分析发现，这类脱靶和目的位点序列没有相关性，是由单碱基编辑器中的脱氨酶对RNA随机反应造成的。也就是说，理想情况是当基因编辑工具遇到目的DNA时才会停留和反应，但是单碱基编辑器的组分脱氨酶遇到RNA后，它本身的RNA结合活性让单碱基编辑器锚定在RNA上，进而整个单碱基编辑器将RNA当做DNA进行了编辑。
原理明白了，那么接下去的路就好走了许多，杨辉团队对其中的脱氨酶进行了多个位点的突变改造，最后终于筛选到三CBE突变体和一种ABE突变体。这类突变体既能够完全消除RNA脱靶，同时又能维持DNA编辑活性。他们的研究为单碱基编辑从基础研究走向临床提供了重要数据，相关成果发表在Nature杂志上。
如今，杨辉仍然活跃在科研一线，一方面继续对基因编辑工具进行优化和改造，期望未来进入临床的是安全、高效、精准的利器；另一方面在小鼠甚至灵长类猴子上尝试着染色体定向敲除以及单碱基疾病成体治疗。他希望基因编辑的研究以及产业化、临床化能够快些，再快些。
他有一个梦想，也带领团队一起做着这个梦，就是做一个基因治疗药物，亲手交到病人手中，这样他就不会在收到病人一封封求助邮件时爱莫能助了。他还有一个更大的梦想，就是希望做一个基因治疗药物平台，集结中国致力于基因治疗的所有科学家力量，大家一起攻克一个个的无药可医的疾病。