CRISPR-Cas9基因编辑革新了技术,也带来伦理争议

日期: 2018年01月10日


    

导读:尽管目前还不能确知基因编辑技术是否会带来一场“技术革命”,但已经可以明显看到它在生物技术发展、科学发展、人类健康、伦理等方面的重要性和随之而来的挑战。今天,赛业小编为您推荐“CRISPR-Cas9基因编辑革新了技术,也带来伦理争议”,详情如下:


前不久,两位美籍华裔科学家因为在基因编辑领域的贡献入选《外交政策》2017 年全球思想者榜单。戴维·刘(David Liu)和张峰(Feng Zhang)都是美国哈佛—麻省理工的博德研究所的核心成员,前者同时还是哈佛大学的研究人员,后者是麻省理工脑与认知科学系副教授、麦克戈文脑研究所首席科学家。过去一年间,两人所领导的团队各自在基因编辑领域取得了重要进展。

  


“基因编辑”在科学界早已是一个耳熟能详的词汇,但对普通大众而言或许还有些遥远。众所周知,DNA 双螺旋结构由 4 种化学碱基组成,即腺嘌呤(adenine, A)、鸟嘌呤(guanine, G)、胞嘧啶(cytosine, C)、胸腺嘧啶(thymine, T)。而鸟嘌呤和胞嘧啶配对构成 G·C 碱基对、腺嘌呤和胸腺嘧啶配对构成 A·T 碱基对。RNA 是以 DNA 为模板并且遵守碱基互补配对原则转录而形成的一条单链,主要功能是帮助实现遗传信息的表达,充当遗传信息传递的中介、桥梁。“基因编辑”类似文字编辑可以修复一些突变的基因,或者基因敲除基因插入目的基因。具体而言,基因编辑(gene editing)技术,是一项对基因组进行定点修饰的新技术。利用该技术可以精确地定位到目标基因组的某一位点上,在该位点上剪切靶标 DNA 片段并插入新的基因片段。


去年,戴维·刘和同事在《自然》杂志报告了他们研发的碱基编辑器,它能够 G·C 碱基对转化成 A·T 碱基对,但是不能将 A·T 碱基对转化成 G·C 碱基对。今年,他带领着自己的研究团队研发出一种新的编辑器即腺嘌呤碱基编辑器(adenine base editor, ABE),能够在不断开双链的情况将 A·T 碱基对转变成 G·C 碱基对,这就弥补了去年成果中的遗憾。


在已知的由单碱基突变造成的疾病中,大约有一半与 G·C 碱基对突变为 A·T 碱基对有关。戴维·刘及其研究团队所发明的碱基编辑器能够恢复这类突变,从而可能治疗该类疾病,这就是该研究成果的重要意义所在。此外,这种碱基编辑器对细菌细胞和人类细胞的 DNA 都能生效,相比以前只应用于细菌细胞的方法适用范围更广。它引入预期突变的效率约为 50%,相比其他基因组编辑方法效率更高,而且几乎不会产生副作用。英国伦敦大学学院的研究人员海伦·奥尼尔评价称:该项技术对疾病的研究以及修复突变造成的变化能够起到非常重要的作用。


而以张峰为核心的科研团队在《科学》杂志上发表了他们的重大研究成果,他们首次成功将 CRISPR/Cas9 技术应用于 RNA 编辑, 这项技术使得 CRISPR 系统能够以 RNA 为靶向目标,而不再限于编辑 DNA。关于如何使用该技术编辑 RNA,有一个比较形象而且比较通俗易懂的类比:“从众多的基因中寻找出病变基因就像在一本厚厚的书寻找一个错别字。在 word 文档中可以在搜索框中输入想要找的句子。然后在光标所指的地方就是需要做出修改的地方。在大脑中,Cas9 类似那个搜索功能。在这个前提下,把含有特定位置信息的 RNA 输入到搜索框,而 Cas9 就会带着 RNA 信息进入基因组并找到相应的位置,此后 Cas9 就会在相应的地方把基因组剪开,而 RNA 此时可以拼接上去。”编辑 RNA 和编辑 DNA 所产生的结果有一个重大的差别:DNA 编辑会使细胞的基因组发生永久性的变化,但是张峰使用的基于 C2c2 的 RNA 编辑技术可能允许科学家让细胞基因组根据需要进行上下调节的临时变化。张峰实验室的研究生奥玛尔·阿布达耶说:“C2c2 对我们的影响巨大,很有可能改变我们对 RNA 在疾病和细胞功能中所起作用的认知。”张峰也表示这种编辑 RNA 的新能力为治疗许多疾病提供了更多潜在的机会。


这两项重大的研究成果承载了许多价值或意义,但也存在一些有待改进的地方。对此,戴维·刘说:“我们正在努力使碱基编辑技术能够运用到治疗领域。”此外,他承认仍然存在许多安全和执行方面的问题。英国弗朗西斯·克里克研究所的罗宾·巴奇教授认为,这种碱基编辑器 50% 的效率让人很兴奋,但仍有待提高,以后还需要更多的研究来验证该方法的安全性。

  

CRISPR-Cas9基因敲除


尽管基因编辑技术可能带来各种治疗疾病的新可能,但是它所涉及的伦理问题却不容忽视。基因编辑所引发的问题主要有两种类型:基础研究引发的伦理问题、技术应用引发的伦理问题。目前,基因编辑技术的发展远未成熟,但对于其所可能引发的问题的争论已经开始。


2015 年 4 月,中山大学黄军就教授发表了使用 CRISPR/cas9 基因编辑技术对人类胚胎中地中贫血症致病基因修饰的研究成果。《纽约时报》的记者 Tatlow 认为中国科学家跨越了西方长期所公认的伦理边界。然而,中国人民大学伦理学与道德建设研究中心的邱仁宗教授则认为可以从三方面为这项研究进行伦理辩护:第一,该研究有利于改善基因组编辑技术,并且有利于预防人体遗传性疾病;第二,进行试验的科学家明确表示是出于研究目的而非生殖目的,不是临床应用;第三,相关科学家使用的是不能存活的三原核合子胚胎,因此不会造成伤害。


针对是否应该对人类胚胎进行基因编辑研究的问题,国际上的认识存在一定差异。2015 年 12 月 1 日 - 3 日,中国科学院、英国皇家协会和美国科学院、医学科学院等在华盛顿联合召开了“人类基因编辑组国际峰会”(International Summit on Human Gene Editing)。该峰会对基因编辑技术所展开的基础研究表示赞成,其中一项声明称,“如果在研究过程中对早期人类胚胎或生殖系细胞进行基因编辑,修饰后的细胞不应该被用于受孕。”但是,欧洲人权和生物医学理事会公约禁止对人类生殖细胞和人类胚胎进行任何程度的基因组编辑和基因修饰。此外,美国国家卫生研究所(NIH)明确表示禁止对人类生殖细胞和人类胚胎进行任何形式的基因编辑研究。


在技术应用方面,2015 年 11 月,英国一位患白血病的 1 岁小女孩 Layla 接受基因编辑技术的治疗并且获得成功。然而,2015 年 3 月 19 日,18 位国际著名科学家、法学家和伦理学家在《科学》杂志的在线“政策”论坛已经发表了声明,建议采取强有力的措施阻止将生殖系统基因组修饰应用于人体进行临床应用。这种呼吁实质上具有很重要的意义,因为基因编辑技术一旦进入应用领域,可能引发一系列安全性问题的争论。例如刘旭霞、郑钧午认为基因编辑技术中的腺病毒AAV)法所治疗的患者有更大的可能性出现染色体分裂的情况。2017 年 11 月 13 日,美国一位亨特氏综合征的病患者布莱恩·马德(Brain Madeux)在加州大学旧金山分校贝尼奥夫儿童医院接受体内基因编辑,这是人类首次通过体内基因编辑进行遗传病的治疗。不过,该治疗的安全性和有效性仍然处于考察之中。近日,基因编辑治疗(CRISPR Therapeuics)这家公司向欧盟监管机构递交申请书,希望运用 CRISPR 技术治疗β地中海贫血症。该公司已明确经表示,如果获得批准,将在 2018 年启动临床试验。事实上,基因编辑技术在应用领域还面临着许多安全性问题,比如免疫反应和脱靶效应。此外,它还面临着选择方面的伦理争论。由于基因编辑技术可以增强细胞,如果采用该技术改变个体的基因结构并整合生殖细胞的基因,将会改变人类对后代的选择。而“选择”本身就带有许多伦理问题,比如父母的选择间接地剥夺了后代的出生权利,“选择”可能导致人类基因库萎缩等。


尽管目前还不能确知基因编辑技术是否会带来一场“技术革命”,但已经可以明显看到它在生物技术发展、科学发展、人类健康、伦理等方面的重要性和随之而来的挑战。


本文来自澎湃新闻,转载的目的在于分享见解。如有侵权,请告知删除!——赛业生物科技有限公司

  

模式动物完整解决方案:

TurboKnockout基因敲除小鼠:减少两代繁育时间,ES打靶仅需6个月

CRISPR基因敲除基因敲除长达20kb,基因敲入长达10kb

人源化小鼠:平台体系成熟,服务于辉瑞、阿斯利康、恒瑞医药等知名药企

转基因小鼠:Nature等顶级期刊引用,年构建高达5000例

  

赛业生物微信

赛业生物微信二维码
  • 侧边栏广告 - 科研奖励基金计划