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“基因剪刀”能剪出完美人類嗎

2016-11-05 21:55黃堃楊駿王蔚
人民周刊 2016年17期
關(guān)鍵詞:剪刀春雨基因組

黃堃 楊駿 王蔚

涉及人類基因的研究必須經(jīng)歷嚴格的倫理審視。基因編輯技術(shù)目前不能逾越紅線,用來制造“完美人類”。

健康、聰明、美麗……這些人人向往的優(yōu)良品質(zhì),能夠完美集成在一個人身上嗎?在生命之初的胚胎階段,基因編輯技術(shù)的運用,能夠完善基因的表達和功能,減少先天性疾病、顯現(xiàn)優(yōu)質(zhì)性狀,甚至“完美人類”的誕生都有可能。

一些先鋒科學家希望通過研究,在未來10年內(nèi)合成一個完整的人類基因組。當然,涉及人類基因的研究必須經(jīng)歷嚴格的倫理審視?;蚓庉嫾夹g(shù)目前不能逾越紅線,用來制造“完美人類”。

人類將編寫“生命天書”

什么技術(shù),3次入圍頂級學術(shù)刊物《科學》雜志評選的年度十大突破,更成為《科學》和《自然》雜志雙雙關(guān)注的焦點?什么技術(shù),興起僅3年就風靡全球生物醫(yī)學研究機構(gòu),成為人類可能改造自身的利器?答案是:“基因剪刀”。

“基因剪刀”的正式學術(shù)名稱是基因編輯技術(shù)。眾所周知,脫氧核糖核酸(DNA)是重要的遺傳物質(zhì),它呈螺旋互繞的雙鏈結(jié)構(gòu),在DNA鏈條上,一個具有某種功能的片段就是基因。基因編輯技術(shù)可以斷開DNA鏈條,對其進行改動,然后重新連上,就像人們寫作時編輯文字那樣。由于對DNA鏈條有剪斷操作,它又被形象地稱為“基因剪刀”。

今年6月,全球25名基因研究領(lǐng)域的科學家聯(lián)名在《科學》雜志上宣布,今年內(nèi)將啟動“人類基因組編寫計劃”,目標包括在10年內(nèi)合成一個完整的人類基因組。

“我們希望更好地了解人類基因組,并推動基因編輯和合成技術(shù)的發(fā)展?!?0歲的中國學者楊璐菡說。她是“人類基因組編寫計劃”最年輕的發(fā)起人之一,目前在哈佛大學從事基因研究。

全球最流行的“基因剪刀”是2013年興起的CRISPR-Cas9技術(shù),主要發(fā)明者之一是出生在河北石家莊的美籍華人科學家張峰。

韓春雨:提供了一種基因編輯的新途徑

今年5月2日,韓春雨研發(fā)出基因編輯新技術(shù)NgAgo-gDNA的成果發(fā)表在英國《自然·生物技術(shù)》上。韓春雨團隊發(fā)明的新一代“基因剪刀”NgAgo-gDNA,向此前最先進的基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9發(fā)起了挑戰(zhàn)。被認為是“第三代”基因編輯技術(shù)的CRISPR-Cas9,一直以來是諾貝爾獎的熱門候選。而韓春雨團隊的發(fā)現(xiàn)被看作是“第四代”。

CRISPR-Cas9造價昂貴、精準性不夠。因此,讓各路研究者看中的是,NgAgo-gDNA具有更大的優(yōu)勢:它規(guī)避了原有技術(shù)令人頭痛的“脫靶效應”。向?qū)гO計制作簡便的NgAgo-gDNA,幾乎可以做到如六脈神劍般“指哪打哪”,能有效針對基因組內(nèi)的任何位置進行定位并改造,對游離于細胞核內(nèi)的DNA具有更高的切割效率,讓基因編輯技術(shù)實現(xiàn)“精準、簡單操作”,大幅降低了基因編輯門檻。

“如果說,此前的技術(shù)是‘一個菜市場,那我們就是發(fā)現(xiàn)了‘另一個菜市場,而這個‘菜市場到底好不好,有待全世界的科學家去驗證。”打破了外國基因編輯技術(shù)專利壟斷的韓春雨認為,“至少,它提供了一種基因編輯的新途徑”。

中國“基因剪刀手”正在集體崛起

在新一輪方興未艾的基因研究浪潮中,除了韓春雨外,不乏中國面孔,中國“基因剪刀手”正在集體崛起。

今年8月,中國科學家將在全球首次利用CRISPR-Cas9技術(shù)進行人體臨床試驗。四川大學華西醫(yī)院教授盧鈾領(lǐng)導的團隊將用這一技術(shù)改造免疫細胞,并注射入病人體內(nèi),以治療非小細胞肺癌。

在全球首次運用“基因剪刀”修改人類胚胎基因的,也是一位年輕的中國科學家。2015年,中山大學80后科學家黃軍就利用這一技術(shù)修改人類胚胎中可能導致β型地中海貧血的基因。黃軍就也因此被《自然》雜志列入全球十大科技人物。

另一位因為運用“基因剪刀”而獲得《自然》雜志獎項的中國科學家是高彩霞。她是中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的植物生物學家,她與實驗室同事在全球率先在農(nóng)作物,特別是小麥和水稻上成功使用了這項簡潔的革命性基因編輯技術(shù)。

以“人類基因組計劃”為代表的上一輪基因研究浪潮中,中國科學家處于追隨的位置。這是因為主要基因測序工具都是國外科學家發(fā)明的,而中國科學家承擔的工作量只占整個計劃的百分之一。

今天,許多在中國完成的基因編輯工作具有開創(chuàng)性。黃軍就對人類胚胎基因的編輯是世界首次,且在國內(nèi)完成。高彩霞則在中國解決了小麥基因編輯的全球性難題。小麥的基因工程以高難度著稱,部分原因是許多小麥品種都是六倍體。美國明尼蘇達大學植物生物學家丹尼爾·沃伊塔斯說,高彩霞被公認為是“全球優(yōu)秀小麥基因工程專家”。

生命完善的新藍圖和新倫理

“基因剪刀手”們將把我們帶向何處?未來的生活會有多大改變?這也是普通百姓關(guān)心的實際問題。

從近期來看,基因編輯技術(shù)可促進相關(guān)醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展,將為治療疾病開辟新的途徑。

目前,全球具有器官移植需求的病人不在少數(shù),而捐獻的器官數(shù)量有限。異種器官移植也被“人類基因組編寫計劃”列為6個先導項目之一。

科學家們正在研究如何用豬培育可供移植的器官。目前的技術(shù)障礙之一是豬體內(nèi)存在一些有害基因,可能給人類帶來新的疾病。2015年,楊璐菡等科學家使用基因編輯技術(shù),去除了豬基因組中62個有害基因,掃清了豬器官用于人體移植的一大障礙。

從遠期來看,基因編輯技術(shù)可能開啟一個現(xiàn)在無法想象的全新世界。最典型,也是最受質(zhì)疑的就是關(guān)于創(chuàng)造生命或創(chuàng)造人類的問題。

早在2010年,美國基因組研究先驅(qū)克雷格·文特爾等人就曾合成一個包含約100萬個堿基對的細菌基因組,并將其移植到細菌體內(nèi)工作。這是在全球首次制造合成生命,引起科學界轟動。“人類基因組編寫計劃”的目標之一是合成一個完整人類基因組。人類基因組有約30億個堿基對,合成難度很大。

需要說明的是,“人類基因組編寫計劃”只是提出合成人類基因組,并不涉及胚胎,沒有提議在基因組基礎(chǔ)上制造所謂的“無父母嬰兒”。盡管如此,仍然有很多倫理方面的質(zhì)疑。涉及人類基因的研究必然要經(jīng)歷嚴格的倫理審視。

2015年底,中、美、英等多國科學家和倫理學家在華盛頓舉行“人類基因編輯國際峰會”。會后聲明劃出的紅線是,禁止出于生殖目的而使用基因編輯技術(shù)改變?nèi)祟惻咛セ蛏臣毎?。這意味著,用“基因剪刀”幫助自己治病可以,但不能用它來制造完美的下一代。

“基因革命有兩波熱潮,第一個浪潮是讀基因,也就是基因測序;第二波是編輯基因組?!睏铊摧照f,“從科技發(fā)展的角度來說,‘基因剪刀只是基因修改技術(shù)的開始,我們在工具的性能和應用上還有很大想象空間。”

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