酷科技丨基因编辑技术的希望与危险

通过基因驱动技术

能够永久性的改变一个物种

但任何有机生命

不可能只活在实验室中

随着时间的流逝

结果会慢慢显现

到那时

想回头已为时晚矣

本文作者/Michaelspecter编译/李雨蒙

如果拥有一支魔法棒,我们能够消灭这世上最致命的病毒吗?相比其他疾病,每年心血管疾病都夺走了更多人的生命,但是这类疾病往往伴随病人终身:病症突发,可是病因却不是病毒。爱滋病正是另一类值得关注的疾病。每年它都会宣告超过100万人的生命即将走向终结,而现在每年还有将近4000万的人群感染爱滋病。不过,我会投票给疟疾。虽然经过多年的努力,疟疾导致的感染和死亡率已经有所降低,但是每年仍然有50多万人因疟疾而丧命,而其中大部分都是5岁以下的儿童,他们是世界上最可怜的一群人。

现在,每年近200万人被感染,其中在地球上有近半数的生命都生活在疟蚊(疟疾病毒的载体)滋生的地方。现在魔法棒已近在咫尺,它就是「基因驱动」。这项技术推翻了基因遗传的传统法则。通常,任何正常生殖产生的有机体都会得到来自父亲母亲各一半的基因组。然而,在数十年间,生物学家已经意识到有些遗传因子是非常「自私」的:进化使得基因有超过50%的机会被遗传,但是,现在科学家们开始研究CRISPR短回文重复序列(clustered

regularinterspacedshortpalindromicrepeats),这项技术能够以难以预知的正确度修整人类残缺的DNA。CRISPR是指原核生物免疫系统中使用的DNA。原核生物免疫系统依赖Cas9酶并引导(RiboseNucleicAcid核糖核酸)找到特定的有问题的基因片段,然后将其剪切出去。

CRISPR带来新希望

比如,遗传变异能够封锁住传播疟疾的寄生虫,在蚊子基因被改变后,一两年之内原始蚊子的繁衍出的后代已经不能再传播这种疾病。如果基因驱动能够解决疟疾的问题,那么它同样能够运用到同类蚊子传播的疾病中,比如登革热、黄热病和齐卡兔等。

莫瑞兹患有B型血友病,他的身体无法产生一种凝血蛋白:凝血因子IX,以至于任何伤口都会造成喷涌性的失血,而他淤青的关节就像结瘤的树枝一样。自从莫瑞兹10岁以来,他一直依靠注射异常昂贵的替代性蛋白过活。而目前全世界的血友病患者就约有40万人。

SparkTherapeutics公司的最新研究结果似乎给了他们新的希望,Spark公司使用基因疗法,显着提高了4名B型血友病患者的凝血因子水平,一旦这种疗法在技术上成熟,不仅可以应用到治疗其他类型的血友病,还能推广到其他遗传性疾病的治疗中。莫瑞兹表示,他从4月起就没有再注射过凝血因子IX的替代蛋白了。他说:「基因疗法起作用了,这是唯一的解释。」

进化生物学家KevinEsvelt在麻省理工学院媒体实验室经营一家SculptingEvolutionGroup(雕刻进化组织),他认为通过基因驱动技术,附上CRISPR短回文重复序列,能够达到理想的DNA结果,也就是说人类能够永久性地改变一个物种的基因命运。因为运用CRISPR,改变后染色体能够在每一个后代身上进行复制,至此几乎所有后代都能够遗传这样的基因改变。

CRISPR研究的进展几乎每月都在更新。最近,生物科学家Church在一个猪细胞中同时完成了62个基因的编辑工作。如果这个技术精确且可轻松复制,那么将大大缓解美国器官捐赠的短缺情况。近几年来,科学家们都在试图找到用猪器官进行移植的方式,但是实验室的研究表明猪的DNA里含有可传染给人类细胞的逆转录病毒。Church和他的同事们发现,这些病毒拥有一个共同的基因序列。他部署CRISPR到达精确位置,并将其从基因上剪切出来。在这个值得庆祝的实验中,CRISPR系统删掉了猪DNA中的全部62组逆转录病毒,随后,Church又将这些编辑过的细胞混入到人类细胞中,并没有出现感染迹象。

今年1月,科学家宣布他们已经不仅能用CRISPR编辑基因,而且还能用这种技术控制基因。在这种情况下,Cas9酶基本上是没有活性的,这使得它不能对基因进行剪切,而是充当其他能操控问题基因分子的传输中介。现在,它已经不是一套可以精确剪切任何你想要的基因的多功能剪刀,而是一个多功能传输系统,可以精确控制任何你想要的基因。你不仅有了编辑器,你还有刺激物、喷嘴、强度开关、跟踪器。这能带来无尽的好处,从提高免疫力到心脏病发作后的心脏肌肉改善。或许我们最后还能治癒癌症。

对未知的恐惧

尽管人类还携带着一些基因,能抵抗某种疾病,但却让我们对另一些疾病更易感,所以我们不能预测出改变带来的部分或全部影响。爱滋病毒常通过一种叫做CCR5的蛋白质来进入人体血液。这个蛋白质的某种叫做Delta32的变异基因能防止爱滋病锁定细胞。如果每个人都携带有这种突变基因,那么就没有人会感染爱滋病。可是,为什么不把这种变异引入到人类基因组呢?某些研究团队正在研发这样的药物,想要把这种方法用在已经感染爱滋病的病人身上。

然而,有一件很重要的事情是,你必须注意到,这种过程会预防爱滋病感染,但它同时提高了我们对西尼罗病毒的易感性。权衡一下目前的得失,这个方法似乎很值得一试。然而,我们无法知晓7代或10代之后,它是否依然有效。比如,能引起贫血的镰形红细胞可以预防疟疾,因为细胞的形状阻止了寄生虫的传播。如果20万年前就已经有CRISPR技术了,用它来编辑全人类的镰形红细胞似乎是一件明智的事。但结局可能是毁灭性的。而对于经过CRISPR基因技术「定制出的婴儿」,科学家们又有多少控制力呢?这并不是无足轻重的小事,我还没有遇到哪位科学家不清楚这其中的风险。

对于任何有机生命,不可能永远只生活在实验室中完美控制的环境中。随着时间的流逝,结果才会慢慢显现,到那时如果想要回头一切已为时已晚。然而,人们对新科技的恐惧也是正常的,比如人们不敢乘坐无人驾驶汽车。基因编辑亦然,大多数人正毫无理由的担忧着。

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