“基因剪刀”能剪出完美人類嗎

黃堃　楊駿　王蔚

涉及人類基因的研究必須經(jīng)歷嚴(yán)格的倫理審視?；蚓庉嫾夹g(shù)目前不能逾越紅線，用來制造“完美人類”。

健康、聰明、美麗……這些人人向往的優(yōu)良品質(zhì)，能夠完美集成在一個(gè)人身上嗎？在生命之初的胚胎階段，基因編輯技術(shù)的運(yùn)用，能夠完善基因的表達(dá)和功能，減少先天性疾病、顯現(xiàn)優(yōu)質(zhì)性狀，甚至“完美人類”的誕生都有可能。

一些先鋒科學(xué)家希望通過研究，在未來10年內(nèi)合成一個(gè)完整的人類基因組。當(dāng)然，涉及人類基因的研究必須經(jīng)歷嚴(yán)格的倫理審視。基因編輯技術(shù)目前不能逾越紅線，用來制造“完美人類”。

人類將編寫“生命天書”

什么技術(shù)，3次入圍頂級學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)》雜志評選的年度十大突破，更成為《科學(xué)》和《自然》雜志雙雙關(guān)注的焦點(diǎn)？什么技術(shù)，興起僅3年就風(fēng)靡全球生物醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)，成為人類可能改造自身的利器？答案是：“基因剪刀”。

“基因剪刀”的正式學(xué)術(shù)名稱是基因編輯技術(shù)。眾所周知，脫氧核糖核酸（DNA）是重要的遺傳物質(zhì)，它呈螺旋互繞的雙鏈結(jié)構(gòu)，在DNA鏈條上，一個(gè)具有某種功能的片段就是基因?；蚓庉嫾夹g(shù)可以斷開DNA鏈條，對其進(jìn)行改動(dòng)，然后重新連上，就像人們寫作時(shí)編輯文字那樣。由于對DNA鏈條有剪斷操作，它又被形象地稱為“基因剪刀”。

今年6月，全球25名基因研究領(lǐng)域的科學(xué)家聯(lián)名在《科學(xué)》雜志上宣布，今年內(nèi)將啟動(dòng)“人類基因組編寫計(jì)劃”，目標(biāo)包括在10年內(nèi)合成一個(gè)完整的人類基因組。

“我們希望更好地了解人類基因組，并推動(dòng)基因編輯和合成技術(shù)的發(fā)展?！?0歲的中國學(xué)者楊璐菡說。她是“人類基因組編寫計(jì)劃”最年輕的發(fā)起人之一，目前在哈佛大學(xué)從事基因研究。

全球最流行的“基因剪刀”是2013年興起的CRISPR-Cas9技術(shù)，主要發(fā)明者之一是出生在河北石家莊的美籍華人科學(xué)家張峰。

韓春雨：提供了一種基因編輯的新途徑

今年5月2日，韓春雨研發(fā)出基因編輯新技術(shù)NgAgo-gDNA的成果發(fā)表在英國《自然·生物技術(shù)》上。韓春雨團(tuán)隊(duì)發(fā)明的新一代“基因剪刀”NgAgo-gDNA，向此前最先進(jìn)的基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9發(fā)起了挑戰(zhàn)。被認(rèn)為是“第三代”基因編輯技術(shù)的CRISPR-Cas9，一直以來是諾貝爾獎(jiǎng)的熱門候選。而韓春雨團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)被看作是“第四代”。

CRISPR-Cas9造價(jià)昂貴、精準(zhǔn)性不夠。因此，讓各路研究者看中的是，NgAgo-gDNA具有更大的優(yōu)勢：它規(guī)避了原有技術(shù)令人頭痛的“脫靶效應(yīng)”。向?qū)гO(shè)計(jì)制作簡便的NgAgo-gDNA，幾乎可以做到如六脈神劍般“指哪打哪”，能有效針對基因組內(nèi)的任何位置進(jìn)行定位并改造，對游離于細(xì)胞核內(nèi)的DNA具有更高的切割效率，讓基因編輯技術(shù)實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)、簡單操作”，大幅降低了基因編輯門檻。

“如果說，此前的技術(shù)是‘一個(gè)菜市場，那我們就是發(fā)現(xiàn)了‘另一個(gè)菜市場，而這個(gè)‘菜市場到底好不好，有待全世界的科學(xué)家去驗(yàn)證。”打破了外國基因編輯技術(shù)專利壟斷的韓春雨認(rèn)為，“至少，它提供了一種基因編輯的新途徑”。

中國“基因剪刀手”正在集體崛起

在新一輪方興未艾的基因研究浪潮中，除了韓春雨外，不乏中國面孔，中國“基因剪刀手”正在集體崛起。

今年8月，中國科學(xué)家將在全球首次利用CRISPR-Cas9技術(shù)進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)。四川大學(xué)華西醫(yī)院教授盧鈾領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將用這一技術(shù)改造免疫細(xì)胞，并注射入病人體內(nèi)，以治療非小細(xì)胞肺癌。

在全球首次運(yùn)用“基因剪刀”修改人類胚胎基因的，也是一位年輕的中國科學(xué)家。2015年，中山大學(xué)80后科學(xué)家黃軍就利用這一技術(shù)修改人類胚胎中可能導(dǎo)致β型地中海貧血的基因。黃軍就也因此被《自然》雜志列入全球十大科技人物。

另一位因?yàn)檫\(yùn)用“基因剪刀”而獲得《自然》雜志獎(jiǎng)項(xiàng)的中國科學(xué)家是高彩霞。她是中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的植物生物學(xué)家，她與實(shí)驗(yàn)室同事在全球率先在農(nóng)作物，特別是小麥和水稻上成功使用了這項(xiàng)簡潔的革命性基因編輯技術(shù)。

以“人類基因組計(jì)劃”為代表的上一輪基因研究浪潮中，中國科學(xué)家處于追隨的位置。這是因?yàn)橹饕驕y序工具都是國外科學(xué)家發(fā)明的，而中國科學(xué)家承擔(dān)的工作量只占整個(gè)計(jì)劃的百分之一。

今天，許多在中國完成的基因編輯工作具有開創(chuàng)性。黃軍就對人類胚胎基因的編輯是世界首次，且在國內(nèi)完成。高彩霞則在中國解決了小麥基因編輯的全球性難題。小麥的基因工程以高難度著稱，部分原因是許多小麥品種都是六倍體。美國明尼蘇達(dá)大學(xué)植物生物學(xué)家丹尼爾·沃伊塔斯說，高彩霞被公認(rèn)為是“全球優(yōu)秀小麥基因工程專家”。

生命完善的新藍(lán)圖和新倫理

“基因剪刀手”們將把我們帶向何處？未來的生活會(huì)有多大改變？這也是普通百姓關(guān)心的實(shí)際問題。

從近期來看，基因編輯技術(shù)可促進(jìn)相關(guān)醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展，將為治療疾病開辟新的途徑。

目前，全球具有器官移植需求的病人不在少數(shù)，而捐獻(xiàn)的器官數(shù)量有限。異種器官移植也被“人類基因組編寫計(jì)劃”列為6個(gè)先導(dǎo)項(xiàng)目之一。

科學(xué)家們正在研究如何用豬培育可供移植的器官。目前的技術(shù)障礙之一是豬體內(nèi)存在一些有害基因，可能給人類帶來新的疾病。2015年，楊璐菡等科學(xué)家使用基因編輯技術(shù)，去除了豬基因組中62個(gè)有害基因，掃清了豬器官用于人體移植的一大障礙。

從遠(yuǎn)期來看，基因編輯技術(shù)可能開啟一個(gè)現(xiàn)在無法想象的全新世界。最典型，也是最受質(zhì)疑的就是關(guān)于創(chuàng)造生命或創(chuàng)造人類的問題。

早在2010年，美國基因組研究先驅(qū)克雷格·文特爾等人就曾合成一個(gè)包含約100萬個(gè)堿基對的細(xì)菌基因組，并將其移植到細(xì)菌體內(nèi)工作。這是在全球首次制造合成生命，引起科學(xué)界轟動(dòng)?！叭祟惢蚪M編寫計(jì)劃”的目標(biāo)之一是合成一個(gè)完整人類基因組。人類基因組有約30億個(gè)堿基對，合成難度很大。

需要說明的是，“人類基因組編寫計(jì)劃”只是提出合成人類基因組，并不涉及胚胎，沒有提議在基因組基礎(chǔ)上制造所謂的“無父母嬰兒”。盡管如此，仍然有很多倫理方面的質(zhì)疑。涉及人類基因的研究必然要經(jīng)歷嚴(yán)格的倫理審視。

2015年底，中、美、英等多國科學(xué)家和倫理學(xué)家在華盛頓舉行“人類基因編輯國際峰會(huì)”。會(huì)后聲明劃出的紅線是，禁止出于生殖目的而使用基因編輯技術(shù)改變?nèi)祟惻咛セ蛏臣?xì)胞。這意味著，用“基因剪刀”幫助自己治病可以，但不能用它來制造完美的下一代。

“基因革命有兩波熱潮，第一個(gè)浪潮是讀基因，也就是基因測序；第二波是編輯基因組?！睏铊摧照f，“從科技發(fā)展的角度來說，‘基因剪刀只是基因修改技術(shù)的開始，我們在工具的性能和應(yīng)用上還有很大想象空間?！?