修改胚胎基因：设计婴儿的起点？

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修改胚胎基因：设计婴儿的起点？

2015-05-09 13:23:10

南方周末 记者黄永明 2015-05-08 运用现有技术对人类胚胎进行基因组修改，有可能为后代带来无法预测的后果。中山大学黄军就等人的研究只是一个开始，今后可能还会有更多的同类成果发表出来。 2015年3月，生物学家费奥多·乌诺夫（Fyodor Urnov）和他的同事在英国《自然》杂志上发表了一篇文章，称他们的圈子中有一个传言：一项利用基因组修改技术改变人类胚胎的研究很快就要发表出来了。 乌诺夫是最早发明基因组修改技术的人，他所创造出的技术叫做锌指核酸酶（ZFN），这种技术让科学家能够直接改造细胞基因组的某个基因。然而，乌诺夫和同事对最新的进展所表现出的并不是欣喜，而是沉重的担忧：“在我们看来，运用现有技术对人类胚胎进行基因组修改，可能为后代带来无法预测的后果。” 一个月之后，传言中的研究成果果然正式发表出来了。中山大学生物学副教授黄军就的研究组在《蛋白与细胞》（Protein & Cell）上发表论文，报告他们首次对人类胚胎进行了基因组修改。 在他们的研究中，科研人员尝试通过修改人类胚胎基因的方式，来避免一种致命的疾病——乙型地中海贫血。他们一共实验了86个胚胎，其中有28个获得了成功。研究者称，他们所使用的是不能成活的胚胎，也就说这些胚胎并不会诞生婴儿。然而，这项研究仍然不出意料地引起了生物学家们的巨大争议，有人称这可能是人类走上设计婴儿的“滑溜斜路”的起点。 领域内的科学家估计，黄军就等人的研究成果只是一个开始，今年内可能还会有更多同类研究发表出来。伦敦大学圣乔治医学院教授雪莉·霍奇森（Shirley Hodgson）对此评论说：“我认为这大幅度偏离了当前可以被接受的研究行为。”一些研究者呼吁，应当禁止对人类胚胎进行基因组修改。 “简单”修改 黄军就等人在研究中所采用的，是一种近年来新出现的技术——规律成簇的间隔短回文重复（CRISPR）。这种技术的历史最早可以追溯到1987年。 当年，日本的一个研究组在研究大肠杆菌的时候，发现了一个“不同寻常”的事情：大肠杆菌基因组上有许多直接重复的核苷酸序列。他们当时并不理解基因组呈现这种状态的功能是什么。后来，西班牙的一个研究组发现，不仅是大肠杆菌，其他许多微生物的基因组也存在这种规律。 直到2005年之后，多个研究组才将序列重复与细菌的免疫联系起来。他们发现，这些重复的序列常常与外界某些噬菌体的DNA序列是匹配的。它们就像是细菌的一种“记忆”。一旦细菌曾经被某种噬菌体入侵过，它就记录下噬菌体的DNA序列，下次再遇到同一种噬菌体的时候，就能够识别出来。 细菌体内有很多与外来DNA同源的DNA序列，当有外来DNA入侵时，细菌体内的同源DNA序列就转录激活形成复合体，特异性靶向外来DNA序列，通过一种名为CAS9的蛋白将外来的DNA序列进行双链剪切，从而防止外来DNA在细菌内表达，影响细菌自身的生存。 这些发现让科学家们想到，可以人为地利用相同的原理对动物细胞的基因组进行修改，由此诞生了CRISPR工具。在它之前，科学家已经发明了两种工具，一种是锌指核酸酶，一种是转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）。在这些方法的帮助下，基因敲除的小鼠在实验室中已经十分常见，也有研究者希望通过基因组修改的技术来治愈艾滋病。 到目前为止，三种工具中最简单易行的就是CRISPR，它曾在2013年被美国《科学》杂志当作年度科学突破的成果来进行介绍。其他两种工具都需要制造特定的蛋白来靶向特定的基因序列，而CRISPR并不需要，因为它只是利用了RNA和DNA的配对。 CRISPR有多简单？《MIT技术评论》是这样介绍的：“任何懂得分子生物学技巧并知道如何处理胚胎的科学家都能做这件事。” 但是，CRISPR带来的结果并不是完美的。科学家在猴子身上的实验就显示，CRISPR在受精卵中删除或废掉一个基因的有效率是40%，而如果要做特定的修改，有效率更是低至20%。黄军就等人在人类胚胎的实验中，有效率大约也只是30%。许多时候，“脱靶”的情况会发生，实际发生改变的基因并非实验者的预设。他们认为这样的结果表明，要将此项技术用于医学实践，还存在很大的障碍。 观点分歧 据报道，黄军就的研究组最初将论文投稿到英国《自然》杂志和美国《科学》杂志，均遭到拒稿，部分原因就是稿件遭到了伦理层面的反对。 对于人体的基因改造，学术界的分歧一直很大。支持者，如达特茅斯学院的伦理学教授唐纳德·格林（Ronald Green），认为对人类基因进行修改并没有那么可怕，而且它能够解决很多医学问题。他设想，当人们“从基因层面制造婴儿”之后，就不会再有孩子一出生就要面临一生的疾病困扰。“为什么我们可以做到改变问题基因的时候，一个小孩还要与阅读障碍症抗争呢？”格林在2008年的一篇文章中写道。 随着科学家对人类基因组了解程度的增加，基因组修改可能还会解决比阅读困难症更为严重的问题，比如血友病、镰刀状细胞贫血和某些癌症。在格林看来，人类的未来就像是1997年的电影《千钧一发》所表现的那样，人们可以通过基因组修改来获得完美的婴儿。 然而，与科幻的想法相左，世界上越来越多的国家在禁止人类胚胎的基因组修改实验。到2014年，欧洲22个国家中有15个禁止了修改人类胚系。美国没有明令禁止，但美国卫生研究院（NIH）明确表示当前不会鼓励修改胚胎基因的实验项目。一些科学家也在呼吁更多的国家禁止修改人类胚系。 科学家们所担心的一点在于，由于现在对于胚胎基因组修改的质量控制具有很大困难，所以在修改基因时人们并不能确定实际效果是怎样的。很多有害的效果可能在婴儿出生后才能被发现，甚至于出生后很多年才会慢慢展现出来。 “中国研究组所发表的论文是第一个追问CRISPR方法是否有效的研究，他们得到的答案是非常模棱两可的。是的，这些方法可以做，但并无效率，而且还存在一些问题。”英国弗朗西斯·克里克研究所的教授罗宾·贝奇（Robin Badge）评论说。 “在过去，监管部门所批准的所有基因疗法研究都是在体细胞上做的，不是在胚系上做，因为胚系研究具有潜在的不可预测性和遗传效果。”霍奇森说，“这些研究者（黄军就等人）发现了一些‘脱靶’突变，就明显属于这种情况中另一担心的一个方面。” 在接受《自然》杂志采访时，黄军就表示，他的工作是想要向世界展示他们的数据，让人们了解到CRISPR方法究竟能做到什么，而不是毫无数据地做假设性讨论。 当初与乌诺夫联名发表评论呼吁停止人类胚胎基因组修改实验的生物学家爱德华·兰菲尔（Edward Lanphier）在看到论文后则表示：“这更强调了我们之前说过的话：我们需要暂停研究，并对我们的前进方向做一个广泛的讨论。”他担心会有更多的科学家在黄军就等人工作的基础上进行实验和改进。另有研究者担心，如此下去，或早或晚会有人创造出基因组修改的婴儿。 兰菲尔和他的同行在《自然》杂志的文章中提出，“所有讨论和未来研究的一个关键是，清晰区分开在体细胞和在生殖细胞中所做的基因组修改。对于不鼓励人类胚系修改和让公众了解二者的区别来说，科学共同体自愿中止研究可能是一个有效的途径。” 目前，黄军就的计划是，用成人体细胞或动物模型来进一步研究如何减少“脱靶”突变。

若问使君才与术，何如？占得人间一味愚。