CRISPR基因编辑将使大自然屈服人类意志?

点击次数:59  更新时间:2017-09-06 02:09 

       

 

  基因编辑技术不是什么新鲜事,但可以编辑任何生物、任何细胞里的 DNA的CRISPR技术却在近年大热。

  CRISPR是什么?它指的是细菌细胞中“规律成簇的间隔短回文重复”(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)。通俗地说,它是一个 DNA 序列,是一段基因记忆。

  如今,科学家们有一种相对简单又廉价的方式来阅读、编写和编辑生命的构建模块,那就是名为CRISPR-Cas9的基因编辑技术。

  虽然面世不过五年时间,但CRISPR 所具备的那种瞄准和修改特定DNA 片段的能力已经极大地推动了医药和农业领域取得科学突破的速度。

  科学家甚至尝试用CRISPR 技术来复活长毛象。包括比尔·盖茨(Bill Gates)和西恩·帕克(Sean Parker)在内的投资人以及医疗公司为CRISPR的研究投入了数百万美元,慈善事业也掏出数百万美元,以支持科学家们研究基因疾病的疗法;在中国,至少有七项人体临床试验在不断取得进展。

  这一切都始于一个科学家小团队无意中发现一个已存在几千年的有机生物过程。

  这个团队的之一是分子生物学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna),她也是加州大学伯克利分校杜德纳实验室(Doudna Lab)的负责人。

  杜德纳合著了一本记录CRISPR 发展的新书《造物的裂痕:基因编辑及其控制进化的奇妙能力》(A Crack in Creation: Gene Editing and the Unthinkable Power to Control Evolution)。

  “CRISPR 是技术如何诞生的例子,”杜德纳说,“技术通常源自意想不到的地方。”然而,结果却可能是不可预知而且危险的,这促使她不断呼吁全球的人们用负责任的方式使用CRISPR。

  让我们一起看看CRISPR技术发明者之一詹妮弗·杜德纳是如何描述这项技术的变革能力的。

  你能想象吗——能在厨房放几个月都不会腐烂的番茄,能更好地经受气候变化的植物,无法传播疟疾的蚊子,能与警察和士兵并肩作战的强壮犬类,还有不再长出头角的牛。

  这些生物体听起来似乎很不可思议,但多亏了基因编辑,它们已经存在了。而这只是开始而已。我在写这段文字时,我们周围的世界正在被CRISPR 颠覆,无论我们是否已做好准备。

  未来几年内,这门新的生物技术将为我们提供更高产量的农作物、更健康的家畜和更营养的食物。未来几十年内,我们可能会见到经过基因改造、可为人类供应人体器官的猪——我们还可能会造出长毛象、有翼蜥蜴和独角兽。我并不是在开玩笑。

  我们即将迈入地球生命史的一个新纪元,意识到这一点让我感到惊奇。

  在这个新时代,人类对地球上物种遗传组成的控制能力将达到前所未有的水平。过不了多久,我们将利用CRIPSR 使自然屈服于我们的意志,这是人类自史前时代就存在的梦想。

  当这种意志指向具有建设性的事情,结果可能是十分美妙的——不过,这也可能导致一些无心或灾难性的后果。

  科学界已经感受到了基因编辑植物和动物的影响。

  比如,研究人员已经利用CRISPR 技术,更精准且更灵活地在动物身上生成人类疾病——不仅在老鼠身上,而是任何能地体现相关疾病的动物,比如让猴子患上自闭症,让猪患上帕金森,让雪貂患上流感。

  CRISPR 技术一个最有趣的方面在于它能让我们研究为某些生物体独有的特征,比如墨西哥蝾螈的肢体再生能力,鳉鱼的衰老和甲壳类动物的骨骼发育。

  我喜欢同事给我发的描述CRISPR 实验的笔记和图片,比如新发现的造就美丽蝴蝶翅膀图案的遗传因素,或者能够入侵人类组织的传染性酵母,对此,他们已经在个别基因的层面上将其切割。

  这些实验揭示了自然界的新真相以及将所有生物体捆在一起的遗传相似性。这些发现令我特别兴奋。

  另一方面,有些基因编辑应用听起来更像出自科幻小说而不是科学期刊。

  《X档案》描述 CRISPR 基因编辑

  比如,有些研究团队正利用CRISPR 来对猪的某些基因进行“人性化”,希望以异种器官移植的方式解决人类对器官的需求——也就是将猪(或者其他动物)身上的器官移植在人类受体里面。

  基因编辑技术还让人类能对动物进行审美上的改造,有些公司已经利用该技术创造出新的宠物,比如体型维持在小狗大小的迷你猪。

  而且,在一本已被搬上大屏幕的科幻小说中,我读到有些实验室正在进行一项名为“灭绝动物复活”的研究,也就是通过克隆或基因工程来复活已灭绝的物种。

  圣克鲁斯加利福尼亚大学一位教授,便非常激动地利用这个策略来再造某些已经灭绝的鸟类,其目的是研究这些鸟类与现代物种的关系。

  与此同时,某些研究人员正利用CRISPR 一点点将大象基因转变成长毛象基因。

  讽刺的是,CRISPR 也可能造就相反的结果:强制性使某些动物或病原体灭绝。是的,总有,CRISPR 或许会被用于消灭整个物种。

  十年前我的实验室开始进入细菌适应性免疫系统的新领域时,我做梦都没想到基因技术会被用于此道。

  在这些以及其他领域的一些研究都具有提高人类健康和幸福的巨大潜力,但有些研究却十分无聊,异想天开甚至是危险万分。

  我越来越意识到必须了解基因编辑的风险,尤其在该技术的应用越来越广泛之时。

  过不了多久, 我们将利用CRIPSR 使自然屈服于我们的意志,这是人类自史前时代就存在的梦想。

  CRISPR 赋予我们彻底(且不可逆地)改变生物圈的能力,让我们能根据自己的意志改写组成生命的分子。我觉得,关于CRIPSR 所呈现的可能性,包括好的和坏的,我们的讨论还远远不够多。这是生命科学领域令人兴奋的一刻,但我们不能得意忘形。

  我们必须记住,虽然CRISPR 有足够强大的潜力来改善我们的世界,但肆意捣弄生态系统的遗传因素也可能造就意料之外的后果。

  我们有责任去事先考虑到各个方面的结果,并在一切还来得及之前,就如何地在自然界使用基因编辑技术来展开一场全球性的、公共的、包容性的对话。

  改变自然

  自发现CRISPR技术之后,全球的科学家一直在寻找新的方式,将基因编辑用于植物和动物身上。下面是杜德纳在《造物的裂痕》一书中提到的某些研究。

  1.柑橘类水果

  南卡罗来纳州克莱姆森大学的研究人员正利用CRISPR 来创造可抵抗黄龙病或青果病的柑橘树。过去十年来,这个疾病摧毁了美国的柑橘产业。

  2、大豆

  位于明尼阿波利斯的Calyxt 公司利用一个叫做TALEN 的基因编辑工具研发出“总体脂肪成分与橄榄油相似”的大豆,杜德纳在书中写道。这家公司计划明年推出商用大豆油。

  3、猪

  密苏里大学繁殖出了能抵抗猪繁殖与呼吸综合征的猪。“每年,这种病毒让猪肉生产商花费了5 亿美元,”杜德纳写道,“更使猪肉产量降低15%。”

  4、山羊

  中国科学家利用CRISPR 来抑制控制陕北山羊毛发生长的基因,陕北山羊的山羊绒是十分珍贵的材料。经过处理的山羊产出的羊毛比普通山羊多了三分之一。

  5、猴子

  中国的研究人员正利用CRISPR 来使猴子患上某些人类疾病,比如肌肉萎缩症和癌症。这让“科学家能探索某些疾病的治疗方式,同时不危及人类的生命安全,”杜德纳说。

  6、鸡

  澳大利亚一个团队正在研究如何改写鸡的基因,来消除可引起人类对鸡蛋过敏的蛋白质。这些新的鸡蛋可以被用于食物和疫苗中。

  CRISPR的伦理学

  定向基因的编辑可以造福人类,但若使用不当,也可能造就灾难性的后果。下面是科学家们面临的几个困境。

  “最糟糕的情况是CRISPR 技术的研究取得快速进展,”杜德纳如是告诉《快公司》,“而人们却未意识到这可能造就的影响。”因为如此,杜德纳与其同事一直在提高人们关于下面问题的认识。

  1、设计人类

  编辑精子或卵细胞——也就是所谓的生殖系操纵——将会从源头引入可遗传的基因变化。这可以用于消灭基因疾病,但也可以用于某些不必要的研究,比如让后代拥有蓝色眼睛或高IQ。结果,几家科学机构和国际卫生研究院呼吁暂停此类实验。但是,杜德纳写道:“几乎可以肯定,最终,生殖系编辑将能安全在临床中使用。”

  2、基因爆发

  利用一种与GRISPR 相关、名为基因驱动的技术,生物工程师能用选定的特征对DNA 进行重新编码,这将以不寻常的速度传给后代——以及在全人类中传播。这能让蚊子对引起疟疾的寄生虫产生抗性,或者编辑基因使雌性蚊子不育,以此彻底消灭害虫本身。然而,这可能会导致不必要的变种传播开来,甚至是将变化传播到其他物种身上。“将基因层面上不可控的生物体释放到环境中可能会很危险,”杜德纳写道,“在我们了解到某些特征会导致什么结果之前,这些特征已经传播到整个种群中。”

  3、复活灭绝物种

  长毛象再次在地球上行走?这是个艰难的任务,但科学家正在努力打造现实中的“侏罗纪公园”。“自从得知这样的实验,我就一直纠结于该将它们定义为可敬还是可悲,又或者是两者之间,”杜德纳写道。这会提高地球的生物多样性,但复活某些物种也可能为危险的病原体大开方便之门或者打乱生态系统。

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