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驾驭基因编辑的新前沿

探索CRISPR-Cas9基因编辑的力量及其对遗传研究和技术的革命性影响。

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世界上最强大的基因编辑工具CRISPR-Cas9,使人类能够以前所未有的低成本和短时间内替换基因组的特定片段。这赋予了巨大的力量,而巨大的力量伴随着巨大的责任。但目前,世界上大多数地方对于科学家——以及将来可能是业余爱好者——对双螺旋结构可以做什么、不可以做什么,都没有相关的监管。在中国,科学家已经利用CRISPR-Cas9对人类胚胎进行了改造。这让世界其他地方感到有些不安。

CRISPR-Cas是什么?

利用CRISPR-Cas9,科学家可以“敲除”或破坏特定的基因,然后观察生物体会发生什么变化。如果,为了举一个非常简化的例子,他们破坏了兔子基因组中的一段碱基对,导致兔子的爪子停止生长,那么他们就知道这些基因控制着兔子的爪子。CRISPR-Cas9还允许科学家将剪掉的基因替换为不同的序列,这一能力促使《连线》杂志在7月号上刊登了这样的标题:“没有饥饿。没有污染。没有疾病。以及人类已知生命的终结。《创世纪引擎》。”虽然这些简短的句子有些夸张,但CRISPR-Cas9确实代表了基因编辑领域的一场革命。在此之前,科学家们就已经对生物体进行基因工程改造,但那些技术耗时耗力,而且精度远不如CRISPR。其他问题包括,被编辑的基因最终会出现在意想不到的地方,而且编辑在细胞之间的分布不均匀。更重要的是,科学家一次只能编辑一个基因。而CRISPR-Cas9则可靠、快速、廉价且易于获取。

在斯坦福大学公共政策学院于11月11日举行的一次研讨会上,法律与生物科学中心主任Hank Greely解释了这一转变的重要性。“这是基因工程的T型车。想想汽车改变了世界多少。” Greely继续说道。在它们大规模生产开始的一百年间,汽车几乎无处不在,并且改变了我们与世界的互动方式,同时也改变了环境。现在想象一下一百年后的世界,在普通人的基因编辑技术发明一百年后。科学家们才刚刚开始探索CRISPR-Cas9的潜力,它的潜力就像你的DNA那么长。这带来了问题。不同的国家对于人们可以或不可以对微小的双螺旋结构进行何种操作,有着不同的限制。在美国,美国国立卫生研究院(NIH)不会资助涉及编辑人类胚胎的研究。但与22个西欧国家中的15个不同,美国没有正式的禁令。然而,在9月份,英国科学家请求许可修改人类胚胎。在中国,科学家们已经这样做了。

中国的CRISPR编辑

由广州中山大学的黄军就(Junjiu Huang)领导的生物学家在4月份宣布,他们已经使用CRISPR切割了86个人类胚胎的DNA。这些来自生育诊所的胚胎是“无生命潜力”的,意味着它们不会发育成活婴。他们编辑了导致一种名为β-地中海贫血的血液疾病的基因,就像在地下管道中拼接一段新管子一样,替换了那些不幸的碱基对。86个胚胎中有71个存活了下来,科学家随后对54个存活者进行了基因检测。28个胚胎的切割过程成功了,但插入的新序列只在其中几个起作用。黄军就声称,他们之所以停止,是因为成功率不高。“它工作得很好,”斯坦福大学病理学教授、11月研讨会参会者Marius Wernig说。“但它并不完美。”据10月份的一份报道,中国科学家还在对狗狗进行“折腾”。广州生物医药与健康研究院的梁学(Liangxue Lai)团队敲除了编码肌肉生长抑制素的基因,该基因控制着身体肌肉的生长量。他们创造出了比普通同类肌肉发达的犬类,体型是普通同类的两倍。人们很容易想象,未来会出现一个宠物行业,你可以购买真正“定制”的伴侣犬。一家名为华大基因(BGI)的公司已经销售CRISPR培育的微型猪,它们的可爱定价为1600美元。

伦理评估

但说实话,转基因宠物真的值得担忧吗?是否应该禁止篡改动物的基因链?毕竟,我们人类已经对狗进行了数千年的基因改造。事实上,狗之所以存在,就是因为我们改造了它们的狼类祖先。我们经过几代人的培育,使它们适应我们的喜好,有了哈巴狗的鼻子和低过敏性的毛发。CRISPR只不过是加速了这个过程,让你不必等待数百年就能得到一只具有牧羊本能、短尾巴、掉毛率低的狗。

这两只小狗是第一批用CRISP-Cas9技术编辑了基因组的犬类。(图片来源:梁学) “进化不再是渐进的,也不再受偶然因素影响,”安东尼奥·雷加尔多(Antonio Regaldo)在《麻省理工科技评论》上说道。“它变得即时且在人类控制之下。”而这带来了巨大的力量和巨大的责任,尤其是在国际法规不一致的情况下。科学家可以创造出过着悲惨生活的动物——一生下来就患有帕金森氏症,或者不停地增重,或者不停地长肌肉。一些科学家更担心的是,如果基因编辑发生在生殖细胞(精子和卵子)上,这些改变可能会代代相传。编辑过的生殖细胞会变成编辑过的胚胎——当精子和卵子结合时。这些细胞会不断分裂,长成构成生物体的所有细胞。种系DNA是可以与其他物种成员的DNA混合(当两个同物种成员非常相爱时)以形成后代的DNA。我们无法知道特定的基因改造对物种在未来家族树中发展会产生什么影响。“我认为,做出影响后代决定的行为存在伦理困境,”Greely说。另一方面,他接着说,“我们所做的一切都会影响后代。”

黑暗面

我们可能不知道CRISPR的改造将如何影响后代,但我们可以预见一些蓄意邪恶的可能性,特别是当CRISPR-Cas9的“特斯拉”版本(而不是“T型车”版本)出现时——例如,一个能够可靠地用于“有生命潜力”人类胚胎的版本。像中国那些像狗一样强壮的士兵?具有致命毒性的生物恐怖武器?针对特定种族,或者只针对携带Y染色体的人设计的疾病?Wernig对这些可能性并不担忧,并表示现在积极监管它们是浪费时间。他认为这些可能性离现实太远,不值得担忧。斯坦福大学的另一位研讨会成员、教授生物安全课程的急诊科医生Milana Trounce认为,CRISPR将变得如此好、如此快、如此便宜、如此易于获取,以至于车库里的DNA黑客能够进行任何他们想要的实验。

“一个拥有大学学位和几千美元的人可以造成严重破坏,”Greely表示同意。Trounce说,正如你无法控制一个车库里的电脑程序员写出什么代码一样,你也无法控制一个车库里的基因黑客从基因组中捣鼓出什么。

政策博弈

最好在问题出现之前就制定好政策。法律中充斥着过时的政策,无法充分应对当前的技术——例如,惩罚17岁的青少年因为拥有自己裸照而被视为儿童色情制品而判为性犯罪者,或者关于二手出售数字歌曲的版权规则模糊不清。这也是为什么中国科学院、英国皇家学会、美国国家科学院和美国国家医学院将于12月联合召开会议讨论人类基因编辑,这可能会促使国际标准正式成文。关于人类的部分,因为我们以自我为中心,也主宰着这个蓝色星球,所以我们最关心——也将在即将举行的峰会议程上——这个话题。我们是否应该允许自己利用一种仍不成熟(尽管是革命性的)技术来摆弄人类的未来?如果一些国家决定我们应该这样做,而另一些国家则说不,该怎么办?不难想象一个科幻小说,其中一个国家培育出更优秀的儿童并征服世界(抱歉,那个没有帕金森氏症或β-地中海贫血症的世界可能永远不会成为畅销书)。但在更近、不那么令人毛骨悚然的未来,如果一些国家允许生殖系编辑而另一些国家不允许,那么前者将拥有一个在禁止研究的国家中根本不存在的研究领域。如果一两个国家开始在人类CRISPR编辑上取得“奇迹般”的成功,那些实行禁令的国家可能会考虑取消禁令。关于这个问题,Greely引用了他医生妻子Laura Butcher的话:“‘永远不要做第一个开新药的医生’,”他说。“‘但永远不要做最后一个。’”

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