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基因编辑大突破,科学家修正人类胚胎致病突变

基因编辑大突破,科学家修正人类胚胎致病突变

《自然》期刊近日刊登的研究,揭示科学家在基因编辑上的一大突破。科学家首度成功利用分子剪刀「CRISPR-Cas9」编辑人类胚胎中的基因,安全地解决一个常见、严重的致病突变,製造出看来健康的胚胎。这代表未来很多遗传疾病或许都能透过编辑基因解决,但也有人开始担忧「设计婴儿」的争议优生学概念因而滋长。

这项研究是一项重大里程碑,儘管离临床使用还有很长一段距离,但已提高了有一天我们能透过编辑基因来保护婴儿避开各种遗传疾病的可能性。

这项成究也是人类基因工程学的一项例证,恐怕会引发有人想透过编辑基因赋予婴儿某些特徵的担忧,例如更聪明或更会运动。

科学家长年一直担心,对人类 DNA 做出遗传方面的改变,会造成不可预见的医学后果,而文化方面的波澜也令人担忧。有些专家担心,若基因编辑不受控管,可能造成一种新的优生学兴起,届时有门道的人会付钱让小孩拥有更强的特徵,与障碍人士之间的差距将愈来愈大。

这项研究发表于《自然》期刊。就在几个月前,美国一个全国科学委员会才提出胚胎修正的新指导原则,呼吁这项技术只能用在严重的医疗问题上。

麻省理工学院癌症学者海因斯(Richard Hynes)说:「我们过去一直认为不应该编辑基因,主要是因为这幺做不安全。」「这点还是没变,但现在看来,似乎我们不久后就能安全地编辑基因。」他补充说,这项研究是「一大突破」。

奥勒冈健康与科学大学(Oregon Health and Science University)科学家与加州、中国和南韩的同僚表示,他们修复了数十个胚胎,解决造成一种常见心脏疾病的突变,这种心脏病常常造成孩子长大后猝死。如果修复突变的胚胎能发展成婴孩,他们不但不会有这种疾病,也不会转移这些疾病给后代。

学者做出的胚胎中,所有细胞(而非部分细胞)都没有突变,而且他们成功避免创造出不需要的其他突变。

协助发现这项基因编辑方法「CRISPR-Cas9」的学者杜德娜(Jennifer Doudna)说,这就像是人类的一小步,却是全人类的一大步。

科学家尝试了两种做法,来消除危险的突变。首先,他们把基因「剪刀」植入受精卵。结果是部分胚胎解决了突变,但不是每一个细胞都成功。第二种做法比较成功,他们把「剪刀」和精子一同注射到卵当中,于是每个细胞中都有多带着修复好基因的胚胎出现。

这项方法进入临床试验前,还需要做更多研究,目前美国联邦法律也不准许这项方法进行临床试验。但如果这项技术确实能安全地解决突变,或许能帮助某些原本无法生下健康孩子的伴侣。

这项方法有潜力应用在特定遗传突变造成的 1 万多种疾病上。专家说,这可能包括与 BRCA 突变有关的乳癌和卵巢癌、亨丁顿舞蹈症、家族黑蒙氏癡呆症、乙型地中海贫血、镰刀型贫血、囊肿性纤维化、某些早发的阿兹海默症。

CRISPR 是什幺?

CRISPR 是这项研究用到的实验室工具,是一种「分子剪刀」。简单讲,CRISPR/Cas9 会剪断突变的基因序列,促使胚胎用健康的基因複製品来修复 DNA,并消除胚胎中许多致病的突变。

CRISPR/Cas9 也可说是细菌 DNA 内建的一种聪明的后天免疫系统,会协助 DNA 辨认、抵御攻击者,通常是病毒。CRISPR 序列中特殊的酶「Cas9」,会携带着储存好的病毒基因码「记忆」,就像囚犯入狱时拍的「嫌犯照」,当它们发现符合遗传码的对象,就会砍掉那个 DNA、解除威胁。

《VOX》指出,这项研究就是一项实验,目的是测试一个概念,而使用的胚胎永远不会植入女性的子宫。研究的成功之处,是使用 CRISPR/Cas9 矫正人类胚胎中造成肥厚心肌症的基因突变,而且没有犯下科学家先前使用 CRISPR 编辑人类胚胎时犯下的错误。

它的突破在于让我们知道,利用 CRISPR/Cas9 编程找出任何一种 DNA 码(而不只是病毒)并让酶去剪掉它,是有可能的。

如果我们要了解 CRISPR,就得回到 1987 年,当时研究大肠桿菌的日本学者首次在该细菌的 DNA 中巧遇某些不寻常的重覆序列,但不知道这代表什幺意义。其他科学家在其他细菌的 DNA 中发现类似的丛集,把它起名为「常间回文重複序列丛集」(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats),意思是群聚、有规律间隔的短回文重複序列,即 CRISPR。

2007 年以前,CRISPR 还是个谜团,直到粮食科学家研究製作优格的链球菌时,证明了这些丛集其实有一个重要的功能──它们是该菌免疫系统的一部分。

遭受病毒持续攻击的细菌会製造酶来对抗病毒感染。细菌的酶想要杀死侵入病毒的时候,其他小小的酶也会一起来,舀起该病毒其余的基因码,把它剪成小小片,然后储存在这些 CRISPR 空间里。

最聪明的地方是,细菌会利用储存在 CRISPR 空间里的基因资讯,抵御未来的攻击。每当有新感染发生,该细菌就会製造出特定的攻击酶 Cas9,遇到符合 RNA 比对的病毒就会开始剪掉该病毒 DNA,解除威胁。

我们可以用 CRISPR 做什幺?

可以做的事情太多了。加州大学戴维斯分校医学院副教授诺菲勒(Paul Knoepfler)说,有了 CRISPR,他觉得自己就像是进了糖果店的小孩。

从最基本的方面来说,CRISPR 可以让学者更容易得知不同组织里的基因在做什幺,例如他可以把个别的基因放倒,再看看有哪些特徵会被影响。这很重要,因为自从我们 2003 年对人类基因库有了完整的地图以来,却不真正了解所有基因的功能,CRISPR 可以加速基因库扫描,遗传研究也能大幅进步。

最有趣也最危险的部分,则是编辑各种动植物的基因。例如编辑出更营养的农作物、创造出阻止遗传疾病的新工具、打造强大的新抗生素和抗病毒素,甚至改变整个物种。


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