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掌握基因编辑技术新动向

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世界上最强大的基因编辑工具(CRISPR-Cas9),使得人们更换特定基因片段变得更加经济,更加快捷。这是不同寻常的能力,但随之而来的还有责任。


现在,大部分国家都没有对研究这个领域的科学家,将来也许可能还有业余爱好者,做出可以对基因做什么和不能做什么的明确规定。在中国,科学家们就已经用CRISPR-Cas9改造了人类胚胎基因,这让学界有些担忧。


CRISPR-Cas是什么
借助CRISPR-Cas9,科学家们可以“敲除”特定基因,或者打断特定基因的表达,然后观察生命体会发生什么变化。举个简单的例子,科学家们敲除了兔子已知的一个基因的特定碱基对,结果导致兔子的指甲不再生长,从而得出这段基因是调控兔子指甲生长的。CRISPR-Cas9还可以帮助科学家用不同的序列替换已剪切掉的基因序列。这个伟大的技术被刊登在《连线》杂志7月号的封面:不再有饥荒、不再有污染、不再有疾病—这些我们所熟悉的终结生命的因素——这是创世纪的新动力。


尽管这些说法有些夸张,但CRISPR-Cas9确确实实代表了基因编辑领域的巨大进展。CRISPR出现之前,科学家们已经可以在基因层面对生命体进行改造,但是采用的方法耗时无聊且精确度很低。除此之外,还有很多其他问题,比如被编辑的基因可能在还没有对它进行下一步操作之前,碱基就自行配对结束了编辑过程,而且编辑的片段不均匀地分布在细胞中。因此,科学家们只能一次编辑一个基因。而CRISPR-Cas9则更加可靠、快速、便宜以及容易获取。


11月11日,在斯坦福大学公共政策研究中心的一个研讨会上,生命科学与法律政策中心的主任Hank Greely阐述了这项转变的重要性。


“这是基因工程中的T模型(译者注:福特T型车是美国亨利·福特创办的福特汽车公司于1908年至1927年推出的一款汽车产品,T型车以其低廉的价格使汽车作为一种实用工具走入了寻常百姓之家,美国亦自此成为了“车轮上的国度”。)想想汽车对生活产生了多大的影响吧! ”


“从汽车开始大规模生产的一百年来,汽车已经无所不在了,它不仅改变了环境状况,还改变了我们和世界的互动方式。现在让我们想象一下一个世纪以前的世界,和发明了个性化基因编辑技术以后100年的世界。”


“目前科学家们还只是开始探索CRISPR-Cas9的潜力,基因有多长,它的潜力就有多大。但是,目前的问题是:不同国家对这个小小双螺旋结构的操作限制上有不同的规定。”


“在美国,国家卫生健康协会不会给研究编辑人类胚胎的研究项目提供资金,但也没有正式的禁令。与之不同的是,22个西欧国家中,有15个都要求允许编辑人类胚胎基因。而在中国,科学家已经有相关成果了。”


CPISPR在中国的进展
中山大学的基因功能研究人员黄军就所领导的团队在4月份宣布他们用CRISPR剪切了86个胚胎的基因。这些胚胎,是从该机构的临床妇产科获得的,这些胚胎本身是不能存活的胚胎,也就是说不会发育成为活的婴儿。工作组用基因编辑技术治疗了一种致命的血液疾病--β-地中海贫血症,将产生病变的基因碱基对,像给地下水管装上一段新的管道那样,拼接上新的碱基对。86个胚胎中,有71个存活,然后研究人员测试了其中存活下来的54个胚胎。剪接的过程,有28个胚胎的基因成功被剪下,但新的片段拼接的过程只有在几个胚胎中成功接入。黄军就说实验的低成功率让他们选择了放弃。


“它的效果不错,” 11月11日参加研讨会的斯坦福大学病理学教授Marius Wernig说,“但是它并没有完美地运作。”


10月的一篇报告指出,中国科学家们还在杂种狗身上做了一些实验。中国科学院广州生物医药与健康研究院赖良学研究组敲除了狗基因序列中一个编码肌肉生长抑制素的基因,该激素对骨骼肌生长有抑制作用。研究团队创造出了比一般的米格鲁猎犬大两倍的狗,它们还有健壮的手臂(还有腹肌和三角肌)。可以想象,如果这个技术应用到生产的话,你可以轻易买到定制的狗狗伙伴。一个名叫BGI的公司,其实已经推出了利用CRISPR基因工具育出的微型猪,想要这种可爱的小猪得花掉你1600美元。
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世界上第一次使用CRISPR-Cas9工具的转基因狗。(赖良学课题组)


伦理风险
不过,说真的,转基因宠物值得担忧吗?到底需不需要禁止胡乱编辑动物的基因序列呢?说到底,我们已经从根本上改变了狗狗们的基因了。为什么呢?因为我们改造了他们的祖先狼的基因才会有狗的存在。我们已经按照我们喜欢的方式驯化了狗狗很多代了,比如形成扁平的鼻子还有不那么敏感的皮毛。CRISPR只是一种加速这种进程的工具而已,所以没有必要等待好几个世纪来获得有群居本能的,短尾巴的,脱毛少的狗狗。
Antonio Regaldo在《麻省理工科技评论》中说到:变革不再是缓慢渐进的或者依靠偶然的运气了,现在的变革是即时的,可以人工控制的。


这是能力也是责任,尤其是在如今各国不一致的法规规定的背景下。科学家们可以创造出任何可怕的动物,一出生就有帕金森症的,一直不断增重的,甚至一直长肌肉的。


相比特异的性状变化,科学家们更关心的是这种变化是否可以通过改造生殖细胞即精子,卵细胞而使其一代代延续下去。修改过后的生殖细胞可以在精子和卵细胞结合的时候形成转基因胚胎。这些胚胎不断地分裂形成新的细胞,再经过分化,最后形成各种器官和组织。生殖细胞DNA之间是可以相互结合产生后代的(译者注:一般是种间,特殊情况下可以是不同物种,如马和驴生出骡子)。学界也不确定特异性的修改会对物种产生怎样的影响,甚至可能会影响到将来的谱系树。


“物种后代可能产生的影响是一个伦理层面的两难境地”Greely说,“但是从另一个角度来看,我们做的每一件事情都会对物种后代产生影响。”


阴暗面
现在我们确实不知道CRISPR工具会对物种后代产生怎样的影响,但是我们确实可以想象到一些阴暗的可能性。前文所述的在死胚胎里面做的实验如果是福特公司的T型车,那么可以在活体人类胚胎进行基因改造的CRISPR-Cas9就好比汽车行业的特斯拉。万一培育出了像转基因猎犬那样强壮的士兵?又或是制造出居心叵测的生化武器?研制出专门针对某一族群,比如具有Y染色体的物种的疫病?


与会的Wering则并没有为这些可能性担心,他说现在就开始积极制定针对这些负面可能性的规定是浪费时间。他认为这些问题的发生距现在的实际情况还很遥远,所以根本不用担心。


另一与会成员,在大学教授生物安全课程的急诊医学教授Milana Trounce认为,CRISPR将会变得又好,又快,又便宜而且非常容易获得,因而那些藏在车库里的基因黑客们将为所欲为做任何想做的实验。


“只要一个人有大学学位和几千美元就可能造成严重的毁坏,”Greely补充道。“就像难以管制那些车库里的电脑黑客一样,躲在车库里的基因黑客改造基因也会难以管制。” Trounce说到。


政策制定问题
最好是在问题发生之前就有相关的政策存在。法律本身已经充斥着过时的,完全不足以解决现代科技发展相关问题的条例。现有的法律将手机里有着自己裸照的17岁少年以持有儿童色情物品而被判为性犯罪;又或是在二手数字音乐交易过程中无法明确给出版权规定。


这也是为什么中国科学院、英国皇家学会、美国国家科学院、美国国家医学研究院将在12月联合举行一场关于基因编辑的会议,该会议将有可能形成书面的国际标准文件。


从人类的角度来看,因为我们是以自我为中心的,而且我们统治着这个淡蓝色的小小星球,最关心的自然是我们自身,当然还有即将举办的峰会日程。我们到底该不该为人类将来是否使用一种目前还不成熟,也可以说是革命性的技术而让自己陷入混乱中呢?如果有的国家允许使用这项技术,而有的国家不同意呢?


我们很容易就可以以此为背景创作出一部科幻小说,小说里面一个国家育出了超级小孩然后统治了全世界(不好意思,如果小说里面没有一个人是帕金森症或是地中海贫血症,那这本书是肯定不可能进入畅销书排行榜前列的)。尽管从短期以及还没那么恐怖的将来来看,有的国家可能允许生殖细胞层面的基因改造,有的国家则会禁止。那些许可的国家可能会开展全面的研究,而不许可的国家根本没有任何研究。


如果其中一两个国家利用CRISPR工具做出了人类基因改造的成功结果,那些本来禁止的国家就可能重新考虑开始研究。对于这种情况,Greely引用他当内科医生的妻子的一句话:“不要做第一个开新药的人,但是也不要做最后一个”。

翻译:刘莎莎
审稿:辅平萍

http://blogs.discovermagazine.com/crux/2015/11/17/gene-editing-new-frontiers/

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