上帝的“手术刀”

2019-02-24

科学之友 2019年1期

近些年，基因编辑技术飞速发展，现已在生物的各个方面有了突破性进展。许多专家和投资者认为基因编辑具有类似“手术刀”的潜力，可以从根本上治疗从癌症到罕见遗传病的大量疾病。相较于其他基因工程工具，基因编辑技术具有精确廉价、简单易用的特性，同时效果也非常强大。

该技术发展迅速，已成为人类生物学、农业学和微生物学等领域专家中最受欢迎的基因编辑工具。科学家们对于如何利用基因编辑技术改善我们的世界还处于初步摸索阶段。当然，这种修改DNA的方法会招致一系列的伦理问题和担忧。带着这种忧虑，让我们了解一下这个革命性的技术最为非凡的使用方式和那些可能延缓或阻碍其发挥全部潜能的障碍。

纠正导致疾病的基因错误

肥厚型心肌病是一种心肌疾病，全球每500人中约有1人会受其影响。该病痛感强烈，且致死率高。一系列显性基因发生突变会导致心肌组织硬化，患者会感到胸部疼痛、体弱，严重时会心脏骤停。得益于医疗技术的进步，肥厚型心肌病患者的平均预期寿命已接近于普通人类，但是如果不加以治疗，仍旧会引发生命危险。

2017年夏天，美国俄勒冈健康与科学大学的科学家使用基因编辑技术编辑了一批可存活的人类胚胎，删除了有缺陷的基因。结果非常乐观：受精18个小时之后，在注入 CRISPR-Cas9工具的54个胚胎中，36个胚胎没有出现任何的基因突变（几乎不可能再引发此病），13个胚胎则消除了部分突变（把患肥厚型心肌病的概率降低到了50%）。

54个胚胎中只有13个出现了脱靶效应导致的非目标基因突变和镶嵌（一些细胞接受了这些改变，说明一小部分人会遗传这种突变）。

为了进一步降低突变失误的概率，研究员们进行了另一项实验，他们在进行受精实验时直接纠正胚胎中相同的基因，发现只有一个胚胎出现了镶嵌。这是一个惊人的结果，使得这个实验比其他类似的研究高效得多。

俄勒冈健康与科学大学的研究员、此研究的第一作者舒克拉特·米塔利波夫在一篇新闻报道中称：“我们可以利用这项技术减轻这项遗传病给家庭带来的负担，最终解放整个人类。”在胚胎发育的初期就发现突变也可能会减轻或者彻底消除患者之后的治疗需求。

虽然某些干细胞科学家仍质疑这么多的突变是否真的得到修复，但是毫无疑问的是这项研究的确帮助科学家们更好地了解了基因编辑技术的功效。此外，一位肥厚型心肌病研究的联合作者也表示，他很有兴趣研究如何使用这项技术来纠正那些会增加乳腺癌风险的特定基因突变。

这意味着，科学家们知道改变人类胚胎中的遗传密码会产生难以预想的结果。

消灭致病微生物

即使现今对艾滋病的治疗技术已经将其从绝命杀手变成了威胁人类健康但不致死的疾病，但科学家们依旧没有掌握将此病完全治愈的方法，基因编辑技术或许可以改变这个状况。2017年，中国的一组研究员通过复制能够有效阻止病毒入侵细胞的基因突变成功提升了老鼠对艾滋病病毒的抵抗力。随着人类的进化，能够增强人体对艾滋病抵抗力的基因突变会自然地出现在一少部分人体中。研究员利用基因编辑技术将这些突变引入人体胚胎干细胞中，可以在未来显著提高人类对艾滋病病毒的抵抗力。

2018年7月中国科學家进行了另一项基因编辑实验：使用基因编辑技术破坏人体中的乳头状瘤病毒基因，这种病毒已被证明可以导致宫颈癌肿瘤的生长。

美国北卡罗来纳州的科学家们则采用了略有不同的做法，他们使用基因编辑技术来设计噬菌体，噬菌体可以感染细菌进而自我复制，最终杀死有害细菌。自20世纪20年代以来，临床实验就已经开始使用噬菌体来治疗细菌感染。但是想要在大自然中获得噬菌体有些困难，而且当时对其了解匮乏，实验结果往往难以预测。同时抗生素市场的繁荣也让噬菌体的使用日渐衰退。

即使到了现在，研究员们也在担心往人体内大量注入噬菌体会引发免疫反应，或者产生耐抗生素细菌，来抵抗噬菌体。