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基因工程的圣杯

本文来源于财经网 2017-12-27 15:09:19 我要评论(0
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安东尼·丹钦Antoine Danchin

香港—自从四十年前诞生以来,基因工程便被卫生、农业和工业界寄予厚望。但由于基因编辑过程的复杂性,它也引起了深刻的忧虑。如今,一种新技术——CRISPR-Cas既具备了精确性,又能够同时修改多处基因组文本。但担忧的原因并未就此消除。

基因组可以视为一种乐谱。正如活页乐谱让乐队的乐师们知道何时演奏,基因组让细胞各组成部分(主要是蛋白质)知道应该干什么。乐谱还应该包括作曲家的注释,说明可能的变奏,可以根据具体情况添加或省略的音符。对基因组来说,这些“注释”来自多代细胞从不断变化的环境中的生存过程。

DNA基因计划就像是一本被活页的书:页码顺序可以改变,一些页面甚至可以移植入其他细胞的程序。比如,将一个页面叠起来,就能降低移动的过程中受到损坏的可能性。类似地,基因程序中的要素,如果有坚固的外衣保护,就能更好地侵入不同的细胞,然后随着细胞的复制而得到复制。

最终,这一要素变成一种病毒并迅速传播。下一步,复制了无用或者有害病毒的细胞要发展出抵抗它的办法。事实上,CRISPR-Cas过程第一次出现就是以这种方式——作为细菌对入侵病毒的抵抗。

这一过程让获得的特征能够得到遗传。在首次感染过程中,病毒基因组的一个小碎片——一种签名——被复制进入CRISPR基因组岛(一片亲代基因组文本之外的额外的基因组)。结果,感染的记忆在代际间得到了保留。当一个后代细胞被病毒感染时,这一序列会拿来与病毒基因组比较。如果相似的病毒已经感染过细胞的亲代,则后代就能识别它,特别机制就会摧毁它。

这一复杂的过程耗费了科学家好几十年去破译,因为这否定了标准的进化论。但如今,科学家已经弄清楚了如何去复制这一过程,让人类能够最精确地编辑具体的基因组——这便是近50年来的基因工程圣杯。

这意味着科学家可以运用CRISPR-Cas机制来纠正基因组中的问题——相当于文本中的拼写错误。比如,以癌症为例,我们想摧毁那些让肿瘤细胞激增的基因。我们还想向细胞中引入它们永远无法通过自然基因传输获得的基因。

这些目标都早已有之。但是,有了CRISPR-Cas,我们就获得了实现这些目标的“大杀器”。此前的技术会在被改写的基因组中留下痕迹,导致(比如)抗生素耐药性。反之,通过CRISPR-Cas获得的变异,无法与自然发生的变异相区分。因此,美国食品和药品监督局判定这类构造无需标注为转基因生物体。

如果要修改多个基因的话,此前的技术将极其费力,因为这一过程需要按照顺序进行。在CRISPR-Cas的帮助下,同时进行基因组修改的能力已经能够创造出与空气接触后也不会氧化或便褐色的真菌和苹果——这一结果要求同时给多个基因去活。这类苹果已经上市,并不被认为是转基因产品。

其他运用正在开发中。所谓的操纵基因组的基因驱动程序能够减少携病昆虫所造成的伤害。定向编辑蚊子配子——蚊子是全世界致人死亡数量最多的动物——能够让它们无法传播病毒或寄生虫。

但应用CRISPR-Cas必须谨慎。该技术可以成为消灭许多致命疾病的福音,也可能隐含严重的——并且可能是完全不可预料的——风险。首先,由于基因组通过复制大量增长和传播,修改全部基因组只需要修改有限数量的个体,特别是对于生命周期较短的生命体而言。

此外,由于相近物种间的杂交是普遍现象,有可能对一种蚊子的修改会逐步地、不可控地扩大到其他物种。动物基因组分析表明,这类事件在过去曾经发生过,物种被能影响生态系统平衡和物种进化(尽管不可能知道如何实现)的基因要素入侵。此外,如果修改蚊子种群是危险的话,在不进行尽职调查就贸然修改人类细胞——特别是生殖细胞——会发生什么也很难说。

CRISPR-Cas技术即将改变世界。现在的重点是确保这些变化是积极的。

安东尼·丹钦是香港大学李嘉诚医学院生物医学学院荣誉教授、中国国家基因库荣誉教授、高级科学顾问。

Copyright: Project Syndicate, 2017.

www.project-syndicate.org

(编辑:文静)
关键字: 基因工程 基因
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