生物“黑客”利用CRISPR 技术改造自身基因

日期: 2018年01月04日


    

导读:36 岁的 Josiah Zayner 曾是一名 NASA 的生物学家。而现在,为了增肌,他成了用革命性的基因编辑工具 CRISPR-Cas9 对自己进行基因改造的第一人。下面,赛业小编为您推荐“生物‘黑客’利用CRISPR 技术改造自身基因”,详情如下:


基因编辑技术的进展,使得业余人士有可能在实验室外改造自己的基因。

  

生物‘黑客’利用CRISPR 技术改造自身基因


36 岁的 Josiah Zayner 曾是一名 NASA 的生物学家。而现在,为了增肌,他成了用革命性的基因编辑工具 CRISPR-Cas9 对自己进行基因改造的第一人。不过,与一般意义上的生物学家有所不同的是,他完成此项试验的地点并不是医院、大学实验室,而是自家的车库和厨房


在试验中,Josiah Zayner 用 CRISPR 技术敲除了肌肉生成抑制素(Myostatin, 简称 MSTN)基因,并希望借此增强自己的肌肉。过去的研究认为,MSTN 基因高度表达于动物机体的骨骼肌中,是负向调控肌肉生长的重要基因。许多科学研究都表明该基因的表达水平与肌肉重量的变化呈负相关,其突变将造成肌肉过度肥大。


2015 年,中国科学家曾经利用 CRISPR 技术成功培育出两只 MSTN 基因敲除狗,基因敲除是指将目标基因从功能上灭活,这种方法让动物的某一特定基因不再发挥作用。在这一研究中,所获得的基因敲除狗的肌肉在 4 月龄时就比普通狗更为发达,成年以后也具有更强的运动能力。不过,敲除 MSTN 基因是否能够导致人体肌肉的增长,目前并没有被证实。


科学家在动物试验中取得的成果,增添了 Josiah Zayner 的信心,他在自己的左前臂上进行了增肌试验。“当然我并不会像这些狗一样,”Josiah Zayner 称,“DNA 只会进入到我所注射的区域。”


在 2017 年 8 月的一次生物黑客活动中,Josiah Zayner 向在场的生物黑客们介绍了如何在车库中进行基因工程实践。


在 2017 年 12 月英国卫报对 Josiah Zayner 的采访中,当被问道他的胳膊目前有没有变化的时候,Josiah Zayner 称,在相似的动物研究中,四至六个月之后才能看到结果。“我希望我胳膊中的一些细胞已经发生变化,不过我还在开发一些测试来检测这种变化。”


有勇气在自己身上进行基因工程实践的人,并不只 Josiah Zayner 一人,有的人甚至寄希望于通过 DIY 改变自己的基因、治愈疾病。2017 年 10 月,同样是生物黑客社区一员的 28 岁软件工程师 Tristan Roberts 在 Facebook 上直播自己进行基因治疗的过程,他平静地坐在一张黑色的皮质沙发上,面前的玻璃桌上摆放着针管等工具,他希望用基因工程的方法,亲手治愈自己的艾滋病。


6 年前,Roberts 被诊断患有艾滋病。在经过两年常规治疗后,他表示“恨透了”药物的副作用,他希望用一种其他方法治愈艾滋病。他在自己的腹部完成了此次注射,他所注射的液体中含有数十亿计的质粒,这些环状 DNA 片段被认为能够促进 N6 抗体生成。2016 年,美国国立卫生研究院研究小组发现,在实验室条件下,N6 抗体可以中和 98% 艾滋病毒菌株,这一发现被认为未来将成为治疗和预防艾滋病传播的新方法。


官方禁令


人们对生物黑客的兴趣越发兴起,便宜的基因材料越来越容易获得,再加上网络上亦出现用 CRISPR 编辑基因的教程,美国官方和研究组织纷纷发出反对声音。近期,美国食品药品监督管理局(FDA)和美国基因与细胞治疗学会(ASGCT)分别在其官网发布相关声明。


今年 11 月 21 日,FDA 在其官网上发布声明,其中明确指出,任何在人体中使用 CRISPR-Cas9 基因编辑的行为都被认为是基因治疗,而基因治疗产品应由 FDA 的生物制品评估和研究中心(CBER)来监管。FDA 已经意识到,人们现在可以方便地接触到用于 DIY 的基因治疗产品,这所有的相关产品都是违法的,FDA 非常担心其中存在的安全隐患。


虽然 FDA 并没有提到任何公司或者产品的名字,但是 Josiah Zayner 认为,FDA 在网上发布的信息是针对他的。因为,Josiah Zayner 不仅在自己身上做试验,他还拥有一家公司,销售 CRISPR DIY 的相关产品,在他的公司官网上,一套敲除 MSTN 基因的 CRISPR/Cas9 工具仅需 20 美金。在 FDA 对基因治疗的定义中,即使基因编辑的目的不是治疗疾病,但仍属于基因治疗的范畴。因此,Josiah Zayner 所销售的 CRISPR 产品也在监管范围内,未经批准进行销售属于违法行为。


在 FDA 将“在人体内使用 CRISPR 进行基因编辑”定性为基因治疗后,2017 年 12 月 7 日,ASGCT 在其官网发布声明称,作为世界最大的基因与细胞治疗专业组织,ASGCT 并不支持无监管的基因治疗,因为这一过程具有潜在风险,而且几乎不可能达到治疗效果。ASGCT 强烈反对个人进行 DIY 基因治疗。


最好的基因编辑时代?


有“基因魔剪”称号的 CRISPR 并不是世界上第一个出现的基因编辑工具,但却是目前为止最简单、最便宜、最高效的基因编辑工具,这也是生物黑客选择 CRISPR 进行基因编辑 DIY,并廉价出售 CRISPR 相关生物制品的原因之一。


2012 年以前,科学家如果想进行基因编辑,主要有两种工具,一是 ZFN(Zinc Finger Nuclease);另一种是 TALEN(Transcription Activator-Like Effector Nuclease)。


这两者都是利用蛋白质来标定 DNA 的位置,接着利用 FokI 核酸酶剪断要编辑的基因,再进行插入或移除。不过 ZFN 和 TALEN 用来辨识 DNA 位置的蛋白质都不容易制作,而且 ZFN 对细胞有毒性,TALEN 则因为分子大的原因,不容易高效导入,因此之前科学家往往要费九牛二虎之力才能编辑一个基因,或者将基因编辑的工作交给生物公司。


而现在,在实验室里,科学家就可以使用 CRISPR 技术简单高效的实现基因编辑。“我们可以想象一下,旧的基因工程技术就好比每次你要安装新的软件,就要把电脑升级一次一样。 而 CRISPR 技术就像基因组的软件,利用这些 RNA 小片段,我们可以简单地编辑它。”CRISPR 技术的发明人者之一,加州大学伯克利分校教授 Jennifer Doudna 说。


CRISPR-Cas9 系统有两个主要成分,一个是 Cas9 酶,它像一把“剪刀”一样可以剪切 DNA;另外一个是 RNA 小分子,它将“剪刀”引导至特定的 DNA 序列。


由于 CRISPR - Cas9 价格便宜、操作简单,一般实验室几乎都能依照指示展开实验,自 2012 年之后,相关文章数量指数级增长,据统计 2013 年有 277 篇科学论文;2014 年有 587 篇;2015 年达到千余篇论文。


目前,CRISPR 大大加快了基因治疗的进展。2016 年,中国科学家启动了首项利用 CRISPR 的人体临床试验,全球多个以 CRISPR 技术为基础的初创公司,也正向临床应用努力。不过,基因编辑也可能带来一些意想不到的问题。CRISPR 发明人之一张锋也曾指出,不同个体间存在巨大的遗传变异,这些变异可能会影响 CRISPR 的精确编辑。


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