基因編輯大突破,科學家修正人類胚胎致病突變

作者 | 發布日期 2017 年 08 月 06 日 12:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

《自然》期刊近日刊登的研究,揭示科學家在基因編輯上的一大突破。科學家首度成功利用分子剪刀「CRISPR-Cas9」編輯人類胚胎中的基因,安全地解決一個常見、嚴重的致病突變,製造出看來健康的胚胎。這代表未來很多遺傳疾病或許都能透過編輯基因解決,但也有人開始擔憂「設計嬰兒」的爭議優生學概念因而滋長。



這項研究是一項重大里程碑,儘管離臨床使用還有很長一段距離,但已提高了有一天我們能透過編輯基因來保護嬰兒避開各種遺傳疾病的可能性。

這項成究也是人類基因工程學的一項例證,恐怕會引發有人想透過編輯基因賦予嬰兒某些特徵的擔憂,例如更聰明或更會運動。

科學家長年一直擔心,對人類 DNA 做出遺傳方面的改變,會造成不可預見的醫學後果,而文化方面的波瀾也令人擔憂。有些專家擔心,若基因編輯不受控管,可能造成一種新的優生學興起,屆時有門道的人會付錢讓小孩擁有更強的特徵,與障礙人士之間的差距將愈來愈大。

這項研究發表於《自然》期刊。就在幾個月前,美國一個全國科學委員會才提出胚胎修正的新指導原則,呼籲這項技術只能用在嚴重的醫療問題上。

麻省理工學院癌症學者海因斯(Richard Hynes)說:「我們過去一直認為不應該編輯基因,主要是因為這麼做不安全。」「這點還是沒變,但現在看來,似乎我們不久後就能安全地編輯基因。」他補充說,這項研究是「一大突破」。

奧勒岡健康與科學大學(Oregon Health and Science University)科學家與加州、中國和南韓的同僚表示,他們修復了數十個胚胎,解決造成一種常見心臟疾病的突變,這種心臟病常常造成孩子長大後猝死。如果修復突變的胚胎能發展成嬰孩,他們不但不會有這種疾病,也不會轉移這些疾病給後代。

學者做出的胚胎中,所有細胞(而非部分細胞)都沒有突變,而且他們成功避免創造出不需要的其他突變。

協助發現這項基因編輯方法「CRISPR-Cas9」的學者杜德娜(Jennifer Doudna)說,這就像是人類的一小步,卻是全人類的一大步。

科學家嘗試了兩種做法,來消除危險的突變。首先,他們把基因「剪刀」植入受精卵。結果是部分胚胎解決了突變,但不是每一個細胞都成功。第二種做法比較成功,他們把「剪刀」和精子一同注射到卵當中,於是每個細胞中都有多帶著修復好基因的胚胎出現。

這項方法進入臨床試驗前,還需要做更多研究,目前美國聯邦法律也不准許這項方法進行臨床試驗。但如果這項技術確實能安全地解決突變,或許能幫助某些原本無法生下健康孩子的伴侶。

這項方法有潛力應用在特定遺傳突變造成的 1 萬多種疾病上。專家說,這可能包括與 BRCA 突變有關的乳癌和卵巢癌、亨丁頓舞蹈症、家族黑蒙氏癡呆症、乙型地中海貧血、鐮刀型貧血、囊腫性纖維化、某些早發的阿茲海默症。

CRISPR 是什麼?

CRISPR 是這項研究用到的實驗室工具,是一種「分子剪刀」。簡單講,CRISPR/Cas9 會剪斷突變的基因序列,促使胚胎用健康的基因複製品來修復 DNA,並消除胚胎中許多致病的突變。

CRISPR/Cas9 也可說是細菌 DNA 內建的一種聰明的後天免疫系統,會協助 DNA 辨認、抵禦攻擊者,通常是病毒。CRISPR 序列中特殊的酶「Cas9」,會攜帶著儲存好的病毒基因碼「記憶」,就像囚犯入獄時拍的「嫌犯照」,當它們發現符合遺傳碼的對象,就會砍掉那個 DNA、解除威脅。

《VOX》指出,這項研究就是一項實驗,目的是測試一個概念,而使用的胚胎永遠不會植入女性的子宮。研究的成功之處,是使用 CRISPR/Cas9 矯正人類胚胎中造成肥厚心肌症的基因突變,而且沒有犯下科學家先前使用 CRISPR 編輯人類胚胎時犯下的錯誤。

它的突破在於讓我們知道,利用 CRISPR/Cas9 編程找出任何一種 DNA 碼(而不只是病毒)並讓酶去剪掉它,是有可能的。

如果我們要了解 CRISPR,就得回到 1987 年,當時研究大腸桿菌的日本學者首次在該細菌的 DNA 中巧遇某些不尋常的重覆序列,但不知道這代表什麼意義。其他科學家在其他細菌的 DNA 中發現類似的叢集,把它起名為「常間回文重複序列叢集」(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats),意思是群聚、有規律間隔的短回文重複序列,即 CRISPR。

2007 年以前,CRISPR 還是個謎團,直到糧食科學家研究製作優格的鏈球菌時,證明了這些叢集其實有一個重要的功能──它們是該菌免疫系統的一部分。

遭受病毒持續攻擊的細菌會製造酶來對抗病毒感染。細菌的酶想要殺死侵入病毒的時候,其他小小的酶也會一起來,舀起該病毒其餘的基因碼,把它剪成小小片,然後儲存在這些 CRISPR 空間裡。

最聰明的地方是,細菌會利用儲存在 CRISPR 空間裡的基因資訊,抵禦未來的攻擊。每當有新感染發生,該細菌就會製造出特定的攻擊酶 Cas9,遇到符合 RNA 比對的病毒就會開始剪掉該病毒 DNA,解除威脅。

我們可以用 CRISPR 做什麼?

可以做的事情太多了。加州大學戴維斯分校醫學院副教授諾菲勒(Paul Knoepfler)說,有了 CRISPR,他覺得自己就像是進了糖果店的小孩。

從最基本的方面來說,CRISPR 可以讓學者更容易得知不同組織裡的基因在做什麼,例如他可以把個別的基因放倒,再看看有哪些特徵會被影響。這很重要,因為自從我們 2003 年對人類基因庫有了完整的地圖以來,卻不真正瞭解所有基因的功能,CRISPR 可以加速基因庫掃描,遺傳研究也能大幅進步。

最有趣也最危險的部分,則是編輯各種動植物的基因。例如編輯出更營養的農作物、創造出阻止遺傳疾病的新工具、打造強大的新抗生素和抗病毒素,甚至改變整個物種。

(本文由 天下雜誌 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

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