我们到底能用基因编辑做些什么?

作者: 科技中心  发布:2019-05-03

技术的双刃

哈佛大学的CRISPR先驱——乔治·丘奇(George Church)认为在某些合法用途中也可能藏有灰色地带。“我认为有些人可能会借治疗严重疾病的名义进行基因强化。”他说。比如,因老年痴呆导致身体功能减退的患者可能会求助于基因编辑,抑制认知功能下降。“接下来是有老年痴呆高风险但年纪尚轻的人,再接下来是想占据先机、继而又想修复自身精子的商业大亨。”

但基因编辑在常见病的治疗上可能毫无用武之地,因为这些病往往受大量基因调控。比如说,如果想要治疗精神分裂症风险最高的人群,你可能需要利用CRISPR编辑数千个基因来将他们的患病率降低到平均水平。这可不是个好主意,原因会在下文中说明。

这同样适用于其他方面,比如智力、身高、运动能力或个性,这些属性都受数千个基因影响;除此之外,环境因素也起着重要作用。“这并不是一加一等于二那么简单。”约翰·霍普金斯大学的医学史学家纳撒尼尔·康福特(Nathaniel Comfort)写到,“如果你相信有可能定制婴儿,那么你低估了基因调控机制的复杂性。

所以,无论我们能多么精确地编辑基因,有些东西也不是我们能一编了之的,更别提安全性了。很少有功能单一的基因。编辑数千种基因会让身体陷入难以预料的境地。比如说,删掉CCR5基因可以让人们免疫艾滋病病毒,但也让他们死于西尼罗河病毒的风险高上13倍。改造FUT2基因可能降低患I型糖尿病的概率,但也增加了感染诺瓦克病毒的风险。

即使是严重疾病背后的基因也可能拥有预计不到的功能。导致镰刀型贫血病的基因型能在人类中流传下来,是因为这种基因能够帮助携带者抵御疟疾。将这种基因变体从人类基因库中除去也许并不是什么好主意。

“我能想出的适用于基因编辑的对象,一只手就能数出来。”兰德说。比如,E4型的ApoE基因携带者更容易患老年痴呆症。你可以编辑这个基因,兰德说,“但我可不敢保证不会出问题,因为大概3%的人类保留了ApoE4基因。”这让他有些犹豫,“如果(编辑这个基因)是个好主意,为什么它没在演化过程中被淘汰呢?”他问道。

问题在于,有些人根本不会在意这些问题。“在一定程度上,新技术的应用都来自需要,但我们也不应忘记,它们同时也受市场需求驱使。”戴利说。当运用和滥用CRISPR同样容易,一些黑诊所就可能会提供基因编辑服务以进行人体强化——即使科学家认为这些技术不安全、无效,甚至只是空谈。毕竟,吹得天花乱坠的维生素补剂能激起购买热潮,未经证实又缺乏监管的干细胞疗法亦是如此——如果这些案例给我们了一个启示,那就是“为什么要运用这项技术?”这个问题的答案很可能只是:“因为我们能。”

(编辑:Calo)

随着技术的快速进步以及更多研究的开展,人类对胚胎基因编辑的利弊认识日益深入,国际上的反对声音可能会越来越小。今年2月,美国国家科学院和国家医学院发布的一份报告指出,在严格监管的条件下,未来有可能批准早期胚胎的基因编辑临床试验,不过只能用于防治严重病症。

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CRISPR-Cas9系统已经成为目前最方便的基因编辑工具。图片来源:origene.com

这些进展说明对胚胎进行基因编辑的研究“不可阻挡、不可避免”,“即便美国没有做,其他地方也会做”,美国斯克里普斯转化科学研究所主任埃里克:托波尔对美国媒体评论道。他认为,虽然目前美国正在开展多项利用基因编辑细胞治疗多种疾病的试验,但要获得治愈效果,还得从胚胎阶段开始研究。

巴尔提摩参与了这两次会议,据他所说,情况已与当时大不一样。区别就在于人们现在掌握了一系列改变人类DNA的新工具,尤其是风靡的CRISPR-Cas9系统,它让科学家可以轻易地删除、修改或插入基因。相较以往,新技术更加经济、精确,也更加全能:就像计算机之于算盘——或者换个更黑化的场景——就像机关枪之于长矛般天差地别。

也有不少专家呼吁谨慎行事。英国伦敦大学学院基因导入技术专家西蒙:沃丁顿在一份声明中说:“总体而言,我们对许多疾病基因的功能了解还不够。如果没有更多研究就对大量基因进行编辑,我们不知道这样做的益处是否会大于潜在伤害。”

首选之策?

以上是大局,现在说说一些细节。

考虑一下一些严重的遗传病,比如戴萨克斯症或者亨廷顿舞蹈症。对于显性遗传病来说(单拷贝的缺陷基因就能致病),有50%的胚胎是正常的;对于隐性遗传病(双拷贝缺陷基因才会致病),有75%的胚胎正常。所以大部分情况,人们并不需要基因编辑。父母可以选择进行体外受精,随后由医生筛选出未携带风险基因的胚胎。这项技术——胚胎植入前遗传学诊断(PGD)——只有在父母双方都携带致病基因,且所有胚胎都会受到影响时才会失效,但这样的情况非常罕见。

“如果真要避免遗传病,生殖系基因编辑对我们来说既非首要选择,也非次要选择,甚至连第三第四选择都谈不上。”布罗德研究所的埃里克·兰德(Eric Lander)说。实际上,更为有效的办法是推广遗传学诊断测试,让父母们意识到自己是风险基因的携带者,从而进行胚胎植入前遗传学诊断。

但植入前遗传学诊断也不是万能药。哈佛大学医学院的乔治·戴利(George Daley)治疗了一些NEMO缺陷综合征患儿,基因缺陷导致他们的免疫系统异常衰弱。患儿家属常常会再生一个健康的孩子,用他/她的骨髓来挽救自己的哥哥或姐姐。植入前遗传学诊断看起来是个显而易见的解决方案,但那个时候父母往往已经年岁较大,这种方法的成功率变得很低。去年,戴利的同事在8个家庭中尝试了这项技术,尽管平均每个家庭尝试了5次体外受精,仅有一家生出了宝宝。这种情况下,戴利说,与其像买彩票般寄希望于生出健康宝宝,不如干脆利落地用CRISPR技术对某个胚胎进行基因编辑。

《中国科学报》 (2017-08-02 第2版 国际)

基因编辑从未如此简单又如此强大,值此契机,三个国家的顶尖科研机构举办了这个为期三天的峰会,为科学家、伦理学家、律师以及对此感兴趣的公众提供了一个“思考基因组编辑对科学和社会的影响”的机会。这是1975年在加州阿西洛马举办的一场类似会议的精神的延续。在那次会议中,参会代表讨论了初生的基因工程技术的伦理学问题。

在这之后,中国科学家又报告了两次人类胚胎基因编辑研究,而英国也首次批准一个研究团队利用CRISPR技术编辑人类胚胎。

(Allison Liu/译)“曾经的天方夜谭已变得触手可及。”在华盛顿特区一个关于人类基因编辑的历史性峰会上,加州理工学院的大卫·巴尔提摩(David Baltimore)说,“改变人类遗传的技术已近在眼前,我们需要决定,我们的社会该怎样运用这种能力。”

在这种情况下,对基因编辑研究定“规矩”被迅速提上日程。2015年12月,美国国家科学院、美国国家医学院、中国科学院和英国皇家学会在华盛顿召开了人类基因编辑峰会。各方在会上达成共识,允许开展人类胚胎基因编辑的基础研究,但强调指出,现在就把该技术投入临床使用的做法“不负责任”。这是国际上首次为基因编辑研究划定了不可逾越的“红线”。

到了必须讨论它的时候了

由于我们掌控了这种力量,一些老生常谈——比如扮演上帝、定制婴儿或者《美丽新世界》中敌托邦式的遗传有产者和无产者(编者注:在《美丽新世界》中,利用遗传技术,人类从胚胎期就被分为五个阶级,长大后“各司其职”,从事不同性质的职业和活动)——又成了眼前亟待解决的问题。无论是试管婴儿、克隆、干细胞治疗、还是线粒体置换疗法,每当新一波基因技术出现,这些问题就要老调重弹一次——但也有人说现在正是讨论的最佳时机。“在过去,对这些可能性,科学家们可以轻易地不予理会。”弗朗西斯·科瑞克研究所的罗宾·洛弗尔-巴吉(Robin Lovell-Badge)说,“但很快,我们就无法再否认这些问题了。”

这个转折点发生在4月,中山大学黄军就的团队称他们利用CRISPR编辑了人类胚胎(实验使用的是无法存活、无法发育成人类个体的胚胎),对能导致遗传病“β-地中海贫血”的缺陷基因进行了改造。这项研究让全世界措手不及。在美国,这类研究是无法进行的,至少使用联邦经费时绝不可能;在英国,如果获取了许可,可以研究胚龄在14天内的胚胎。

对此,一些科学家呼吁,在人们能够评估CRISPR和其他基因编辑手段的安全性、探讨这些技术的社会影响,并制定出明确的伦理学规范和管理条例前,暂时中止任何对人类生殖系进行基因编辑的研究。

这个峰会也因而举办。然而,参会代表在第一天就花了大量时间争执一个更微妙的问题:即使我们能够安全又精确地编辑人类基因,但又为什么要这么做呢?

由于论文尚未发表,米塔利波夫的研究细节没有对外公布。但率先报道此事的美国《麻省理工学院技术评论》透露,最新工作“令人信服地”表明,CRISPR编辑技术存在的脱靶及镶嵌两个问题可以避免。这两点正是临床应用中修改人类生殖细胞的主要技术壁垒。

为什么我们需要基因编辑?

如果考虑在人体中进行基因编辑,那么最显而易见的应用就是治疗疾病。一个月前,医生利用基因编辑治愈了一例无法治疗的白血病——他们先取出患病女孩的免疫细胞,对其进行编辑,让这些细胞既能杀死癌细胞又能耐受化疗药物,再将之注入患者体内。其他团队正在尝试取出艾滋病患者身上的细胞,删去一个特定基因——艾滋病病毒通过这个基因编码的蛋白进入细胞,再将之注回患者体内。这些案例被称为体细胞治疗,改造的都是生在人类体内、和人类共存亡的细胞。

对人类生殖系基因(也就是精子、卵细胞和早期胚胎细胞的基因)进行编辑就要有争议得多了。这种改造影响的不仅仅是单独的个体,还会影响他们的子孙后代。这些改变世代相传,可能会改变人类的遗传轨道。

生殖系改造最能派上用场的地方在于治疗一些严重的遗传病,比如囊肿性纤维化、亨廷顿舞蹈症或者戴萨克斯症。这些遗传病都会造成使人衰弱的症状,预后情况都很不理想,而且都是由单基因突变导致的。在一个基因编辑安全有效的时代,这些疾病完全可以预防。

“我是一名母亲,我的孩子死于胎儿先天缺陷。”美国组织库协会(American Association of Tissue Banks)的萨拉·格蕾(Sarah Gray)对一群专家组成员说,“他只有六天大,却无时无刻不深陷折磨。他每日都会发作癫痫。如果你们有技术有能力治愈这些疾病,那就该死地付诸行动。”

而其他一些常见病,如阿兹海默症、糖尿病和一些癌症,受成百上千个基因调控。对于这种情况,基因编辑就只能降低患病风险,而不能完全预防疾病。

也许最受争议的是,人类可以利用CRISPR和其他基因编辑技术进行非治疗性的人体强化,比如通过改造基因来增加肌肉质量、身高或智力。人们所熟悉的关于定制婴儿的抵制就是这样回来的。

科学家利用“基因剪刀”,对人类胚胎“动手术”始于2015年。中国中山大学黄军就团队当时报告说,他们在世界上首次对人类胚胎中有可能导致地中海贫血症的一个基因进行了修改。

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