CRISPR基因编辑技术获诺奖,真的有利于人类的发展吗?

2020-10-13 09:13   来源: 互联网    阅读次数:2552

诺贝尔化学奖颁发给了加州大学伯克利分校教授詹妮弗·达德纳和德国枫树感染生物学研究所教授埃曼纽尔·萨皮蒂埃,他们开创了基因编辑技术的发现。


在他们的共同努力下,发现的基因编辑技术被称为 CRISPR/Cas9,也就是说,我们在细胞基因中找到了一套工具,可以完成切割、复制和粘贴、删除不想要的基因片段、用期望的基因片段取代它们、然后修改动物、植物、细菌和其他生物体的基因组成的任务。


现在,这套基因编辑技术稳定而高效,已被世界各地的研究人员用于各种生物基因修复、基因改造和其他应用。它自今天被发现和广泛使用至今还不到 10 年,它一诞生就被认为是 21 世纪最重要的生物发现之一。

可以说,这次人类比普罗米修斯偷了更多的天火,而且有能力改造甚至创造新物种,比如传说中的上帝。这一次,与自然缓慢的生存和进化相比,人类可以用基因剪刀改变包括我们在内的许多物种的遗传特征。

由于对科学持乐观态度,我们很容易看到基因编辑技术在生物学、医学、农业和卫生领域的巨大商业前景。然而,在理性乐观的背后,我们不能不警惕基因编辑技术可能给人类带来的巨大技术风险和伦理困境。

一般说来,我们总是用 "凡事都有两面性" 来解释一切,但往往很难得到有用的信息,面对基因编辑技术这一新事物,我们不妨把问题分门别类,看看它可能带来的问题,以便更好地决定如何发展这一技术。


CRISPR/Cas9:,一只 "尖" 基因剪刀手。


要完成基因编辑,只需三个步骤:1,找到 DNA;2,切断它;3,安装你想要使用的 DNA。


整个过程就这么简单。当然,科学家们并没有发明 "剪刀" 来修剪 DNA 分子,而是利用细胞中的特定蛋白酶和 RNA 分子来进行 "编辑" 工作。


其中,CRISPR( 有规律地间隔较短的苍白重复序列)是等待编辑的基因序列,Cas9 是科学家选择的进行 DNA 剪接的蛋白酶之一。


最初,两位科学家发现入侵细菌 CRISPR 基因序列中细菌的病毒的特殊 DNA 片段,这些 DNA 片段是由细菌用 DNA 剪切酶 Cas 切割病毒的 DNA 片段并将其插入序列中。" 该 DNA 片段是鉴定入侵病毒的遗传标记。一旦病毒再次入侵,细菌就可以利用所获得的物质(病毒 DNA) 产生一个与病毒序列互补的直接 RNA 片段,与 DNA 剪切酶 CA 一起鉴定病毒,并将其去除以防止病毒复制。


在这一过程的启发下,CRISPR/Cas9 的操作浪潮是一本教科书手册,研究人员旨在引导 RNA,将其与细胞基因组中的特定位点结合,并将 CA 酶定位到基因位点进行切割。DNA 切割后,它将引发 DNA 修复,这样研究人员就可以将他们想要使用的 DNA 片段 "粘贴" 到这个片段上,从而完成精确的编辑工作。


虽然我们大多数人看不到这个实验,但令人惊奇的是,你可以通过这种描述来想象基因编辑的整个过程。


值得强调的是,经过编辑的基因片段可以通过生物遗传来延续这一特性。小细菌可以利用基因编辑特性,以便后代也可以识别和击败他们感染的病毒;人类也可以利用基因编辑来改善胚胎上的活基因,但也可以将这种改良基因传递给后代。


想想这是否很令人兴奋,但这是个大问题。


基因编辑技术:永远 "追随阴影" 摧毁名誉


CRISPR/Cas9 基因编辑技术是 "非常有用的"。在 2012 年进行基因编辑技术的试验之后,这种感觉也是一样的。


2005 年,西班牙微生物学家弗朗西斯科·莫吉卡(FranciscoMojica) 首次在 "分子进化" 杂志上发表了他的新发现。细菌和古细菌之间存在着一种广泛的免疫机制,可以识别以前感染过它们的病毒的遗传特征,而 CRISPR 一词首次被提出,这是首次发现这种系统。


后来,在一种叫做化脓性链球菌的细菌中,Manuel Sharpentier 发现了一种以前未知的分子 --tracrRNA-- 存在于它的免疫系统 CRISPR/Cas 中,它可能通过切断病毒的 DNA 分子而失效。


2011 年,Sharpentier 开始与生物化学家 Dudna 合作,Dudna 是一位拥有丰富 RNA 知识的生物化学家,他成功地实现了人类基因编辑的新阶段,允许 Cas9 蛋白酶通过人工设计的引导 RNA 来切割 DNA 序列的任何特定片段。


2012 年,他们的研究成果发表在 "科学"(Science) 杂志上,很快引起了学术界的关注。最引人注目的是,几个月后,麻省理工学院(MIT) 生物学教授张凤也在 "科学"(Science) 杂志上发表了一篇文章,成为第一位将 CRISPR 基因编辑技术应用于哺乳动物细胞基因组的科学家,这给 CRISPR 技术的应用带来了 "风暴"。


此后,有关 CRISPR/Cas9 基因编辑技术的研究和案例越来越多。一些科学家使用 CRISPR/Cas9 来提高水稻的抗虫性,还有一些人利用基因编辑来修复成年小鼠的特定基因突变。


2014 年,一些研究人员使用 CRISPR/Cas9 改变了食蟹猴的基因组,并证实转基因胚胎在它们的后代(包括卵子和精子)中携带了这一基因变化,这些胚胎是在植入母亲后长大的。


此时,杜德娜注意到,这项研究带来了复杂的伦理问题,猴和人类的遗传学非常接近,可以说基因编辑可以实现人类的遗传变化。越来越多的人问她,基因编辑是否能改变他们的致病基因缺陷。


闭门进行科学研究是一回事,将这项技术应用于临床也是一回事。由于杜德娜面临着越来越多的实验结果和外界对基因编辑技术的关注,她认为自己不得不站出来公开讨论这项技术的后果,比如基因编辑工程将如何影响人类健康、农业和自然环境,以及基因编辑能否对人类卵细胞、精子和其他生殖细胞进行。


这些问题不仅引起了杜德纳的关注,这个问题已经成为整个学术界要回答的问题。就在他们提出并敦促 "全球科学界避免使用任何基因编辑工具在现阶段将人类胚胎转化为临床研究" 之后,第一个人类基因编辑婴儿于 2018 年末诞生。



这个故事对我们来说并不陌生。第一个基因编辑婴儿在中国深圳出生。南方科技大学副教授何建奎和他的研究团队利用 CRISPR 技术,编辑了一对艾滋病病毒携带者双胞胎女孩的胚胎基因,并敲除了一个能辅助艾滋病病毒反应的 CCR5 基因,使婴儿出生时就具有了艾滋病免疫体质。




当然,这一成果发表后,立即在学界引起轩然大波,相关医疗监管和司法部门也随即展开调查。众所周知,何建奎因“非法行医”被判刑三年。首先,这种行为没有法律支持。其背后更深层次的问题在于对人类生殖伦理的挑战。




如果我们回到当时的情况,这项研究在一开始就被报道为一项重大的科研突破。可见,媒体和公众对这种临床应用的巨大风险并没有意识到。现在,有了诺贝尔奖,CRISPR/cas9 技术的发现者将更快地普及,其背后的伦理困境也将更加突出。




“转基因人”:改写生命密码的技术伦理困境基因编辑技术赋予人类重写生命密码的“神力”。




正如诺贝尔委员会的官方演讲中提到的:“通过这些技术,研究人员可以非常精确地改变动植物和微生物的 DNA。CRISPR/cas9 基因剪子彻底改变了分子生命科学,为植物育种带来了新的机遇,有望推动创新的癌症治疗,有望实现治愈遗传病的梦想,CRISPR/cas9 技术自诞生以来就成为许多实验室的研究和应用方向,其应用前景十分诱人。开发新的癌症治疗方法,解决遗传疾病,培育动植物的新特性,可能成为一个具有巨大商业价值的产业。




现在,基因治疗相关产业已经成为一个大规模的新兴产业,无数热钱正涌入这些基因公司。然而,这些科研机构和商业机构都面临着基因编辑技术的应用边界问题。




那么,基因编辑技术会带来什么危害呢?




从技术层面看,基因编辑技术本身并没有真正成熟,人类还没有做好基因编辑后果的准备。在生命的基因序列中有一个巨大而复杂的因果链。人类很难预测在随后的遗传过程中,人为修饰的基因会造成什么样的风险。正如一项研究所显示的那样,基因被何建奎的研究小组编辑过的双胞胎可能寿命更短。

从伦理的角度来看,基因编辑技术自然会涉及到从人类胚胎中选择 "显性人",即人类从基因编辑开始就有可能改变婴儿基因片段,人为地切断或增加某些性状的特征,从而可能出现所谓的 "超级转化人"。


这就像打开潘多拉的盒子,把人类置于非常危险的分裂状态和巨大的伦理困境中。


首先,人类是否有能力决定后代的遗传特征,选择为后代消除某些遗传缺陷,还是增加某些显性遗传特征,尽管我们通常出于善意和善意,但这很可能会使后代陷入困境。


第二,人类应该对这些完成了 "基因改造" 的新人类做些什么?如果这些改造者在智力、体力和寿命的各个方面都优于普通人,从而导致对技术和财富的强大和特殊垄断,那么世界就可能分裂。如果这些人日后会因基因编辑而患上各种疾病和痛苦,我们又如何保障他们结婚生子的权利呢?就像被切去 CCR 5 基因的双胞胎一样,他们长大后会结婚生子吗?这意味着他们的基因会被混合到人类遗传图谱中去传播,如果将来出现更严重的家庭遗传疾病或免疫缺陷,又如何解决这些问题呢?


因为 CRISPR/Cas9 技术没有一个高的研究门槛,一些有生物医学背景的人已经可以在家里编辑基因,比如名为 Josiah Zayena 的 "生物黑客",他利用 CRISPR 技术在家里敲除肌肉产生抑制素基因,希望能增强肌肉,成为第一个基因改造自己的人。


可以想象,面对如此巨大的利益和诱人的基因改造前景,一些以利益为导向的医疗机构和鲁莽的家庭可能会悄悄地进行更多的基因修饰实验,将他们的后代转化为基因编辑实验,但人类未来可能面临的遗传风险和伦理灾难可能是全人类的责任。


这是一个必须在生物研究领域以及在全球医疗卫生机构和有关国家部门密切防止的问题。基因编辑技术一旦突破这一界限,杂乱无章的基因编辑技术就会直接破坏生物技术本身可能带来的积极影响,使之在公共学术层面上被禁止,并在地下工业中推广,从而给人类带来巨大的分裂和争议,人类将在民族、宗教、民族等问题上产生重大争议。添加另一个巨大的问题 "转化人"。


当然,人类也有可能真的破解了基因的全部真相,可以毫不留情地进行基因改造实验,届时所有人类都将成为转基因或转基因人的后代,呈现出类似于惊奇宇宙中各种变种人的情况。但想象一下,结果有点令人毛骨悚然。


回到现实中,正如我们对克隆人保持高度警惕和严格禁止一样,各国、国际组织和学术机构也应尽快制定相应的基因编辑技术应用范围的措施和立法,并在可预见的一段时间内保护生命科学探索的一些限制性领域,为人类尊严和自由预留缓冲时间。




责任编辑:萤莹香草钟
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