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基因剪刀”怎么切才安全?

编辑说:日前,美国《科学》杂志评选出2015年十大科学突破,被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因组编辑技术当选为“年度头号突破”。

来源:中国科学报   2016-02-24 11:35

中山大学副教授黄军就在全球首次利用CRISPR技术成功修改人类胚胎的一个基因,阻止了因为这一基因突变而导致的地中海贫血症,这项创举也将基因编辑的关注度推向又一个高峰。

“基因编辑的威胁程度堪比核弹”这一说法目前来看有些危言耸听。但是,基因编辑这把“剪刀”到底怎么切才安全,仍值得探讨。

基因编辑之所以争议不断,关键问题就是切割基因的“手术刀”是否可以指向人类胚胎。

基因革命有望迎来继基因测序之后的第二波热潮——基因编辑。

日前,美国《科学》杂志评选出2015年十大科学突破,被誉为“基因剪刀”的CRISPR基因组编辑技术当选为“年度头号突破”。

我国对于基因编辑技术的研究与应用处于国际领先地位。中山大学副教授黄军就在全球首次利用CRISPR技术成功修改人类胚胎的一个基因,阻止了因为这一基因突变而导致的地中海贫血症,这项创举也将基因编辑的关注度推向又一个高峰。

然而,基因编辑技术的飞速发展却引起美方情报人员的不安。美国国家情报总监詹姆斯·克拉珀近日在美国情报界年度全球威胁评估报告中,将“基因编辑”列入“大规模杀伤性与扩散性武器”威胁清单。

在多位专家看来,“基因编辑的威胁程度堪比核弹”这一说法目前来看有些危言耸听。但是,基因编辑这把“剪刀”到底怎么切才安全,仍值得探讨。

科学家的态度是造福于民

基因编辑包括多种在活细胞内改造DNA的新技术,其中最具优势的是CRISPR技术,它被认为能够在活细胞中最有效、便捷地“编辑”任何基因。

然而,基因编辑的易用性似乎吓坏了美国情报人员。克拉珀在报告中称:“鉴于这种有双向用途的技术分布广泛、成本较低、发展迅速,任何蓄意或无意的误用,都可能会引发国家安全问题或严重的经济问题。”

该报告还称:“对于一些国家主导的基因组编辑研究,其监管要求或道德标准与西方国家有很大不同,这可能会增加制造潜在有害生物或产品的风险。”

克拉珀虽然没有提出任何特定的生物武器猜想,但是科学家们此前已经在猜测,CRISPR是否可以用来制造“蚊虫杀手”,是否可以制造摧毁农作物的灾害,甚至是直接破坏人类DNA的病毒。

虽然出现各种担忧及质疑声,但大部分专家仍然力挺基因编辑。

“直接对人的细胞进行基因组编辑操作是典型的个性化精准治疗,跟恐怖分子大规模杀伤人类完全是两回事。”中国科学院遗传与发育生物学研究所高级工程师、中国生物工程学会科普委员姜韬态度明确。他告诉《中国科学报》记者:“基因组编辑只是一种分子水平的基因调整技术,不可能在瞬间改写人类基因,本身不具备大规模杀伤性武器的特质,因此不必过多担忧。”

“基因编辑给临床上曾经没有任何干预方法的疾病治疗带来希望。”温州医科大学眼视光学院研究员谷峰则对《中国科学报》记者称,恐怖分子或许会利用基因编辑技术制造出从未见过的细菌,但科学家更多的还是希望这种技术造福于民。

近几个月就有许多利好消息见诸报端。据英媒报道,英国一名患急性淋巴细胞性白血病的女婴,通过注射经ZFNs基因编辑技术改造的UCART19细胞株,成功消灭癌魔,开创全球首例;据美媒报道,实验室数据表明,CRISPR基因编辑技术可用于治疗一种遗传性视力衰退疾病——利伯先天性黑朦病,美国爱迪塔斯医药公司还将在2017年开展临床实验。

姜韬补充道,基因编辑技术如今正快速发展,成功率越来越高,在动物方面,2014年初我国科学家就成功实现基因组编辑猴的诞生。美国加州大学伯克利分校的研究人员在人类细胞上获得了基因组编辑高达60%的成功率,而植物方面中科院遗传发育所、中科院上海植物生理生态所以及北京大学相继在植物基因编辑领域保持国际领先,甚至达到80%~90%以上成功率。

基因编辑的红线

基因编辑之所以争议不断,关键问题就是切割基因的“手术刀”是否可以指向人类胚胎。

在这方面,中国科学家成了“第一个吃螃蟹的人”。黄军就利用CRISPR基因编辑技术改造人类胚胎,被不少学界人士认为逾越了基因研究的伦理和安全红线。而近日,英国生育监管部门宣布批准科学家通过编辑来修改人类胚胎基因,又将“胚胎基因编辑”推向舆论高峰。

对此,姜韬表示,人类有许多很多遗传性疾病无法通过自然选择淘汰,“有害基因要不要干预和如果可以干预又该如何调整”是人类如今面临的严峻伦理课题和技术挑战,因此,人类胚胎基因编辑的前提条件就是这一胚胎是否具有先天遗传性疾病。

“人类的演化已经不是生物水平的演化了,更多的是社会、文化的演化,基因编辑对控制甚至消除人类有害基因的积累,对于人类文明进步具有重大意义。”姜韬说。

他同时指出,基因编辑也有一条不可逾越的红线,那就是不可人为设计一个超级胚胎,即所谓设计一个更加优秀的“超人种”。不过,姜韬补充道,就目前技术来看,定制超级胚胎还无法实现,“人类现在判断一个基因是不是有害比较容易,但要判断一个基因是否更加优秀,现在还没有技术能确保得到此类信息。”

争议之后回归理性

多位专家共识是,人类基因编辑的终极目标是用于治病救人,帮助治疗人类诸多遗传疾病。不过在谷峰看来,基因编辑这一工具还没有达到完美的程度,仍具有一定的风险和不确定性,“脱靶效应”就是其中之一。

据了解,基因剪刀在实用中可能会产生误伤,由于它对靶点的结合不是非常精确,它的识别序列不长,检测也不像真正的人类复制转录翻译酶系那么精确,可能会伤到本来不想要的序列。

“比如把A基因修正了,但是B、C基因有可能还会产生新的突变,这些突变甚至可能是有害的。”谷峰表示,要想保证基因编辑的安全性,就要想办法降低基因编辑的脱靶效应,提高靶向性、效率和保真性。

另外,谷峰还指出,基因编辑用于疾病治疗大多是利用病毒载体作为运输载体,因此,还需要关注这些载体本身对细胞的毒副作用及对人体其他细胞的影响。

姜韬也表示,减少脱靶效应提高成功率是基因组编辑技术目前最大的努力方向,前景很乐观,我国科学家也居于基因组编辑技术的制高点,不能因为一些争议而去限制该项技术的发展。

2016年,由中国科学院、美国国家科学院、美国国家医学院以及英国皇家学会多次协商、共同举办的、来自20多个国家的代表参加的人类基因编辑国际峰会在华盛顿召开,相关的科学和医学进展以及伦理和监管问题成为研讨焦点。会议发表了共识,其中没有暂缓或禁止基因组编辑技术用于人类疾病治疗的文字表述。

当然,也有专家表示,类似美方情报人员的担忧也不无道理,任何科学技术都有两面性,基因编辑或许会超出科学家所能掌控的范畴,被应用于对人类有害的领域。因此,各国都应该制定出明确的规范标准,划条红线规定哪些范畴不可以逾越,从而推动基因编辑向正确的轨道发展。

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