飛奔在科學(xué)前沿

王忻

基因編輯技術(shù)示意圖

異體器官移植

對許多人類疾病來說，器官移植是唯一的治愈方式。目前人類患者移植所需要的器官，主要依賴于他人的捐獻(xiàn)，而根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù)顯示，全世界對移植器官的需求數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于供給。據(jù)美國器官共享網(wǎng)絡(luò)估計，平均每天有22人在等待器官移植中死去。

異體移植器官最佳提供者

為了解決器官缺乏的難題，生物學(xué)家開展了很多的研究，其中異體移植、3D打印等技術(shù)是潛在的解決方案。但3D打印技術(shù)造價比較高，且只能打印結(jié)構(gòu)相對簡單的組織，而人類內(nèi)臟器官的復(fù)雜程度很高，3D打印產(chǎn)品很難達(dá)到預(yù)期的效果，因此異體移植就成為了最可能成功的方案。

生物學(xué)家經(jīng)過大量的研究，最終選中了與人體器官體積相似、生理指標(biāo)大體接近、生長速度快的豬（1年可達(dá)成熟），作為人類器官移植的提供者。世界衛(wèi)生組織有報告指出：豬有可能為人類患者提供幾乎無限量的高質(zhì)量器官、組織和細(xì)胞等資源;豬的腎臟、心臟、胰腺等器官，與人類相應(yīng)器官在結(jié)構(gòu)和功能上幾乎完全一致，從結(jié)構(gòu)和功能上可以作為人類器官的提供者。

豬器官人體移植初嘗試

目前，還沒有成功將豬器官移植給人類的案例，這主要有兩個原因：一是人類的免疫系統(tǒng)會對外來的組織產(chǎn)生排斥反應(yīng);二是因?yàn)樨i提供的器官可能帶有引起人類嚴(yán)重疾病的病毒，其中最難消滅的被稱為內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）。

面對排斥反應(yīng)，科學(xué)家嘗試借助基因編輯工具（如CRISPR內(nèi)切核酸酶等）對供體豬的基因組進(jìn)行改造，讓豬器官在基因水平上更接近于人類，使外來的器官能夠被人體免疫系統(tǒng)所接受，從而達(dá)到預(yù)期的治療效果。

而PERV這種病毒隱藏在豬的基因組里，并且在很多細(xì)胞中有備份。如果不消除豬體內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄病毒，其器官移植到人體就會引起致命疾病。幸運(yùn)的是，這個問題得到了解決：2015年，哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授喬治·丘奇和楊璐菡博士團(tuán)隊，利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，一次性消滅了隱藏在豬基因組中的62個PERV片段，體外實(shí)驗(yàn)顯示病毒的感染率僅是以前的1/1000，從而解決了豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒感染人體的風(fēng)險。

通過科學(xué)家的不斷努力，豬器官的異種移植的臨床應(yīng)用時間會越來越近。相信這項技術(shù)，很快就會為遭受痛苦的患者帶來治愈的希望。

基因組選擇育種

CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)在豬器官人體移植方面的應(yīng)用暢想

為了應(yīng)對市場消費(fèi)者對豬肉產(chǎn)品需求的變化，畜牧工作者要不斷地對豬進(jìn)行改良，這項工作稱之為育種。育種工作目前主要采用的是傳統(tǒng)的方法，雖然取得了一些效果，但依舊存在著準(zhǔn)確度低、耗費(fèi)時間長的缺點(diǎn)。為了攻克這個難點(diǎn)，科學(xué)家經(jīng)過努力將生命科學(xué)的前沿與育種工作結(jié)合起來，發(fā)明了基因組選擇（GWS，Genome Wide Selection）這種最新的育種技術(shù)。這項技術(shù)在豬育種領(lǐng)域已經(jīng)開始應(yīng)用。那么基因組育種具有什么樣的優(yōu)點(diǎn)呢？

基因組選擇育種可以使養(yǎng)豬業(yè)獲得巨大效益

我們知道，決定生物個體發(fā)育等的所有信息都儲存于其DNA中，決定生物生命活動的最小單位稱為基因。如果可以對DNA序列進(jìn)行全面分析，就可以準(zhǔn)確了解動物的基因信息，從而能夠非常準(zhǔn)確地評價個體能否作為種用，這就是基因組選擇育種方法的原理。基因組選擇育種的優(yōu)點(diǎn)是，可以在動物出生后很短時間就能準(zhǔn)確判斷出未來的生產(chǎn)水平，與傳統(tǒng)方法相比，基因組選擇育種的效率提高了100%以上。

基因組選擇育種對傳統(tǒng)手段難以改善的指標(biāo)也有非常好的效果，例如產(chǎn)仔數(shù)，利用基因組育種方法在3年可以提高1頭，而傳統(tǒng)方法需要5～8年才可以提高1頭。由此看出，基因組選擇育種可以使養(yǎng)豬業(yè)獲得巨大效益，可以為廣大消費(fèi)者提供廉價而優(yōu)質(zhì)的豬肉產(chǎn)品。

基因組選擇并不是轉(zhuǎn)基因，沒有對原有遺傳物質(zhì)做出任何改變。這項技術(shù)對于普通消費(fèi)者的意義在于，能夠使豬肉產(chǎn)品的價格降低的同時，品質(zhì)得到提升。同時基因組育種可以提高對疾病的抵抗力，通過減少疾病的發(fā)生，從而使抗生素的使用量降低，對于食品安全也非常有幫助。

延伸閱讀

目前，豬異體器官移植在其他動物上已經(jīng)取得了一定的成就。德國慕尼黑大學(xué)團(tuán)隊在狒狒身上進(jìn)行了豬心臟移植，移植器官堅持了90天，較以前延長了1倍。美國埃默里大學(xué)的研究人員成功地將豬的腎臟移植給了一只獼猴，并在400多天之后獼猴才發(fā)生排斥反應(yīng)，這超出了之前記錄好幾個月。

（責(zé)任編輯/朱文超? ?美術(shù)編輯/胡美巖）