CRISPR基因編輯技術獲諾獎,真的有利于人類的發展嗎?
諾貝爾化學獎頒發給了加州大學伯克利分校教授詹妮弗·達德納和德國楓樹感染生物學研究所教授埃曼紐爾·薩皮蒂埃,他們開創了基因編輯技術的發現。
在他們的共同努力下,發現的基因編輯技術被稱為 CRISPR/Cas9,也就是說,我們在細胞基因中找到了一套工具,可以完成切割、復制和粘貼、刪除不想要的基因片段、用期望的基因片段取代它們、然后修改動物、植物、細菌和其他生物體的基因組成的任務。
現在,這套基因編輯技術穩定而高效,已被世界各地的研究人員用于各種生物基因修復、基因改造和其他應用。它自今天被發現和廣泛使用至今還不到 10 年,它一誕生就被認為是 21 世紀最重要的生物發現之一。
可以說,這次人類比普羅米修斯偷了更多的天火,而且有能力改造甚至創造新物種,比如傳說中的上帝。這一次,與自然緩慢的生存和進化相比,人類可以用基因剪刀改變包括我們在內的許多物種的遺傳特征。
由于對科學持樂觀態度,我們很容易看到基因編輯技術在生物學、醫學、農業和衛生領域的巨大商業前景。然而,在理性樂觀的背后,我們不能不警惕基因編輯技術可能給人類帶來的巨大技術風險和倫理困境。
一般說來,我們總是用 "凡事都有兩面性" 來解釋一切,但往往很難得到有用的信息,面對基因編輯技術這一新事物,我們不妨把問題分門別類,看看它可能帶來的問題,以便更好地決定如何發展這一技術。
CRISPR/Cas9:,一只 "尖" 基因剪刀手。
要完成基因編輯,只需三個步驟:1,找到 DNA;2,切斷它;3,安裝你想要使用的 DNA。
整個過程就這么簡單。當然,科學家們并沒有發明 "剪刀" 來修剪 DNA 分子,而是利用細胞中的特定蛋白酶和 RNA 分子來進行 "編輯" 工作。
其中,CRISPR( 有規律地間隔較短的蒼白重復序列)是等待編輯的基因序列,Cas9 是科學家選擇的進行 DNA 剪接的蛋白酶之一。
最初,兩位科學家發現入侵細菌 CRISPR 基因序列中細菌的病毒的特殊 DNA 片段,這些 DNA 片段是由細菌用 DNA 剪切酶 Cas 切割病毒的 DNA 片段并將其插入序列中。" 該 DNA 片段是鑒定入侵病毒的遺傳標記。一旦病毒再次入侵,細菌就可以利用所獲得的物質(病毒 DNA) 產生一個與病毒序列互補的直接 RNA 片段,與 DNA 剪切酶 CA 一起鑒定病毒,并將其去除以防止病毒復制。
在這一過程的啟發下,CRISPR/Cas9 的操作浪潮是一本教科書手冊,研究人員旨在引導 RNA,將其與細胞基因組中的特定位點結合,并將 CA 酶定位到基因位點進行切割。DNA 切割后,它將引發 DNA 修復,這樣研究人員就可以將他們想要使用的 DNA 片段 "粘貼" 到這個片段上,從而完成精確的編輯工作。
雖然我們大多數人看不到這個實驗,但令人驚奇的是,你可以通過這種描述來想象基因編輯的整個過程。
值得強調的是,經過編輯的基因片段可以通過生物遺傳來延續這一特性。小細菌可以利用基因編輯特性,以便后代也可以識別和擊敗他們感染的病毒;人類也可以利用基因編輯來改善胚胎上的活基因,但也可以將這種改良基因傳遞給后代。
想想這是否很令人興奮,但這是個大問題。
基因編輯技術:永遠 "追隨陰影" 摧毀名譽
CRISPR/Cas9 基因編輯技術是 "非常有用的"。在 2012 年進行基因編輯技術的試驗之后,這種感覺也是一樣的。
2005 年,西班牙微生物學家弗朗西斯科·莫吉卡(FranciscoMojica) 首次在 "分子進化" 雜志上發表了他的新發現。細菌和古細菌之間存在著一種廣泛的免疫機制,可以識別以前感染過它們的病毒的遺傳特征,而 CRISPR 一詞首次被提出,這是首次發現這種系統。
后來,在一種叫做化膿性鏈球菌的細菌中,Manuel Sharpentier 發現了一種以前未知的分子 --tracrRNA-- 存在于它的免疫系統 CRISPR/Cas 中,它可能通過切斷病毒的 DNA 分子而失效。
2011 年,Sharpentier 開始與生物化學家 Dudna 合作,Dudna 是一位擁有豐富 RNA 知識的生物化學家,他成功地實現了人類基因編輯的新階段,允許 Cas9 蛋白酶通過人工設計的引導 RNA 來切割 DNA 序列的任何特定片段。
2012 年,他們的研究成果發表在 "科學"(Science) 雜志上,很快引起了學術界的關注。最引人注目的是,幾個月后,麻省理工學院(MIT) 生物學教授張鳳也在 "科學"(Science) 雜志上發表了一篇文章,成為第一位將 CRISPR 基因編輯技術應用于哺乳動物細胞基因組的科學家,這給 CRISPR 技術的應用帶來了 "風暴"。
此后,有關 CRISPR/Cas9 基因編輯技術的研究和案例越來越多。一些科學家使用 CRISPR/Cas9 來提高水稻的抗蟲性,還有一些人利用基因編輯來修復成年小鼠的特定基因突變。
2014 年,一些研究人員使用 CRISPR/Cas9 改變了食蟹猴的基因組,并證實轉基因胚胎在它們的后代(包括卵子和精子)中攜帶了這一基因變化,這些胚胎是在植入母親后長大的。
此時,杜德娜注意到,這項研究帶來了復雜的倫理問題,猴和人類的遺傳學非常接近,可以說基因編輯可以實現人類的遺傳變化。越來越多的人問她,基因編輯是否能改變他們的致病基因缺陷。
閉門進行科學研究是一回事,將這項技術應用于臨床也是一回事。由于杜德娜面臨著越來越多的實驗結果和外界對基因編輯技術的關注,她認為自己不得不站出來公開討論這項技術的后果,比如基因編輯工程將如何影響人類健康、農業和自然環境,以及基因編輯能否對人類卵細胞、精子和其他生殖細胞進行。
這些問題不僅引起了杜德納的關注,這個問題已經成為整個學術界要回答的問題。就在他們提出并敦促 "全球科學界避免使用任何基因編輯工具在現階段將人類胚胎轉化為臨床研究" 之后,第一個人類基因編輯嬰兒于 2018 年末誕生。
這個故事對我們來說并不陌生。第一個基因編輯嬰兒在中國深圳出生。南方科技大學副教授何建奎和他的研究團隊利用 CRISPR 技術,編輯了一對艾滋病病毒攜帶者雙胞胎女孩的胚胎基因,并敲除了一個能輔助艾滋病病毒反應的 CCR5 基因,使嬰兒出生時就具有了艾滋病免疫體質。
當然,這一成果發表后,立即在學界引起軒然大波,相關醫療監管和司法部門也隨即展開調查。眾所周知,何建奎因“非法行醫”被判刑三年。首先,這種行為沒有法律支持。其背后更深層次的問題在于對人類生殖倫理的挑戰。
如果我們回到當時的情況,這項研究在一開始就被報道為一項重大的科研突破。可見,媒體和公眾對這種臨床應用的巨大風險并沒有意識到?,F在,有了諾貝爾獎,CRISPR/cas9 技術的發現者將更快地普及,其背后的倫理困境也將更加突出。
“轉基因人”:改寫生命密碼的技術倫理困境基因編輯技術賦予人類重寫生命密碼的“神力”。
正如諾貝爾委員會的官方演講中提到的:“通過這些技術,研究人員可以非常精確地改變動植物和微生物的 DNA。CRISPR/cas9 基因剪子徹底改變了分子生命科學,為植物育種帶來了新的機遇,有望推動創新的癌癥治療,有望實現治愈遺傳病的夢想,CRISPR/cas9 技術自誕生以來就成為許多實驗室的研究和應用方向,其應用前景十分誘人。開發新的癌癥治療方法,解決遺傳疾病,培育動植物的新特性,可能成為一個具有巨大商業價值的產業。
現在,基因治療相關產業已經成為一個大規模的新興產業,無數熱錢正涌入這些基因公司。然而,這些科研機構和商業機構都面臨著基因編輯技術的應用邊界問題。
那么,基因編輯技術會帶來什么危害呢?
從技術層面看,基因編輯技術本身并沒有真正成熟,人類還沒有做好基因編輯后果的準備。在生命的基因序列中有一個巨大而復雜的因果鏈。人類很難預測在隨后的遺傳過程中,人為修飾的基因會造成什么樣的風險。正如一項研究所顯示的那樣,基因被何建奎的研究小組編輯過的雙胞胎可能壽命更短。
從倫理的角度來看,基因編輯技術自然會涉及到從人類胚胎中選擇 "顯性人",即人類從基因編輯開始就有可能改變嬰兒基因片段,人為地切斷或增加某些性狀的特征,從而可能出現所謂的 "超級轉化人"。
這就像打開潘多拉的盒子,把人類置于非常危險的分裂狀態和巨大的倫理困境中。
首先,人類是否有能力決定后代的遺傳特征,選擇為后代消除某些遺傳缺陷,還是增加某些顯性遺傳特征,盡管我們通常出于善意和善意,但這很可能會使后代陷入困境。
第二,人類應該對這些完成了 "基因改造" 的新人類做些什么?如果這些改造者在智力、體力和壽命的各個方面都優于普通人,從而導致對技術和財富的強大和特殊壟斷,那么世界就可能分裂。如果這些人日后會因基因編輯而患上各種疾病和痛苦,我們又如何保障他們結婚生子的權利呢?就像被切去 CCR 5 基因的雙胞胎一樣,他們長大后會結婚生子嗎?這意味著他們的基因會被混合到人類遺傳圖譜中去傳播,如果將來出現更嚴重的家庭遺傳疾病或免疫缺陷,又如何解決這些問題呢?
因為 CRISPR/Cas9 技術沒有一個高的研究門檻,一些有生物醫學背景的人已經可以在家里編輯基因,比如名為 Josiah Zayena 的 "生物黑客",他利用 CRISPR 技術在家里敲除肌肉產生抑制素基因,希望能增強肌肉,成為第一個基因改造自己的人。
可以想象,面對如此巨大的利益和誘人的基因改造前景,一些以利益為導向的醫療機構和魯莽的家庭可能會悄悄地進行更多的基因修飾實驗,將他們的后代轉化為基因編輯實驗,但人類未來可能面臨的遺傳風險和倫理災難可能是全人類的責任。
這是一個必須在生物研究領域以及在全球醫療衛生機構和有關國家部門密切防止的問題?;蚓庉嫾夹g一旦突破這一界限,雜亂無章的基因編輯技術就會直接破壞生物技術本身可能帶來的積極影響,使之在公共學術層面上被禁止,并在地下工業中推廣,從而給人類帶來巨大的分裂和爭議,人類將在民族、宗教、民族等問題上產生重大爭議。添加另一個巨大的問題 "轉化人"。
當然,人類也有可能真的破解了基因的全部真相,可以毫不留情地進行基因改造實驗,屆時所有人類都將成為轉基因或轉基因人的后代,呈現出類似于驚奇宇宙中各種變種人的情況。但想象一下,結果有點令人毛骨悚然。
回到現實中,正如我們對克隆人保持高度警惕和嚴格禁止一樣,各國、國際組織和學術機構也應盡快制定相應的基因編輯技術應用范圍的措施和立法,并在可預見的一段時間內保護生命科學探索的一些限制性領域,為人類尊嚴和自由預留緩沖時間。