基因编辑究竟是怎么回事上帝的手术刀难

近日,基因编辑婴儿“露露”和“娜娜”出生的消息成了全球瞩目的焦点。11月,中国南方科技大学生物系副教授贺建奎宣称,他和团队通过对婴儿胚胎细胞中的CCR5基因进行编辑,使她们在被植入母亲子宫前就获得抵抗艾滋病的能力。

作者:陈翔

基因编辑漫画图

消息一经公布,便引起全球震动。不仅因为“基因编辑”技术风险未知,可能产生无法监控和治疗的遗传疾病;而且,在婴儿出生前就进行基因“改造”,这个行为本身,也是对人类伦理底线的挑战。这个缺口一旦打开,将对人类的存在,对社会的运转带来无法估量的严重后果,值得全社会反思。

基因:生命代码

“我们的身体里流淌着祖先的血脉”,这“血脉”正是通过“基因”才遗传下来。我们的眼睛是棕是蓝,发色是黑是黄,脸型是长是圆……早在出生前就写在基因里了。那么,基因到底是什么呢?

研究表明,人类的身体由约40-60万亿个细胞组成。这么多的细胞,最初都是由受精卵分裂而形成的。在每个细胞的细胞核里,存在着46条染色体(只有生殖细胞为23条)。这些染色体一半继承自父亲,一半继承自母亲,由呈双螺旋结构的DNA和五种蛋白质构成。在DNA长长的链条上,不同片段有不同的作用,有的片段决定脸型,有的片段决定眼睛大小……也有的片段,可能没有或者我们还不知道它有什么作用。那些“有作用”、有“功能性”的片段,就是我们所说的基因。

人类所拥有的基因数量大约在两万个左右,正是这些基因决定了我们的身体构造和表现特征。不仅人类,其他生物的遗传规律也是如此,因此,改变基因,就可以改变生物的形态和特征;改变基因,就可以定向培育出符合人类需求的“物种”。

日本NHK电视台编写的《基因魔剪》中提到了一种叫“荷兰乳牛”(Holstein)的牛种,这种牛体型巨大、性情温顺、反应迟缓、乳房十分发达,具有很大的产奶量,我们喝的牛奶很多都是来自于它。然而,理论上讲,垂着这么大的乳房,反应又迟缓,荷兰乳牛很难从奔跑速度极快的肉食动物嘴下逃生,那么,它是如何将自己的物种在残酷的生存竞争中保存下来的呢?

日本NHK电视台编写的《基因魔剪》

其实,所谓“荷兰乳牛”,在自然界中本不存在。它的出现就是人类利用遗传规律“改造”生物特性的成功尝试。最开始,人类对野生牛种进行“驯化”,把牛饲养在围栏之中,并记录牛的产奶量。然后,将产奶量高的牛互相交配,并把这个过程不断重复。终于,“荷兰乳牛”这一理想的奶牛品种诞生了。不止是奶牛,许多以稳定食物供给为目的的生物品种都是经过类似的重复交配而获得的。比如:结穗多的水稻、精肉产出比例高的牲猪,等等……人类利用遗传规律,将生物特性从“自然选择”变为“人工选择”。

然而,若是创造新品种,必须经过数百年的漫长岁月,这还是在杂交顺利的情况下。实际上,我们不一定在每次杂交中都能获得符合预期的品种。那么,能不能想办法在较短的时间内改良出理想的品种呢?一种方法就是直接在生物的基因上“动手脚”。

“基因编辑”是怎么回事?

在“基因编辑“技术出现之前,改变生物基因主要靠引导其“基因突变”,也就是说,使用辐射或化学物质作为突变原,破坏生物某个特定基因,让它无法起作用。据说通过这种方法,科学家曾创造出剩饭放冷后也不会变硬的水稻品种以及肉质非常肥厚的牡蛎。然而,这项技术要想获得成功十分依靠运气。因为,在数量上万的庞大基因之中,我们无法预测遭到破坏的会是哪个部分的基因,想要破坏目标基因,只能依靠偶然。而在绝大多数情况下,遭到破坏的都是非目标基因,所以研究者们只能不断重复相同的实验。

这种情况下,如何能够精准破坏目标基因,准确“编辑”我们需要“改造”的那部分基因,就成了科学家们需要攻克的难题。这个难题的解决方案就是“基因编辑”技术。所谓“基因编辑”技术,能“以迄今为止最高的准确率,对指定基因进行破坏”。

要精准“编辑”目标基因,至少需要包含两个步骤:首先要准确地“找到”这段基因,然后再将其“切除”,替换成我们所需的基因,或者让其自然修复。因此,用作“基因编辑”的“工具”就需要具备“向导+切断”的两个部分。

大约在20年前,出现了第一代基因组编辑技术——ZFN(锌指核酸酶),经过设计的锌指蛋白可以在数万基因中找到目标基因并与之结合,而其上连接的内切酶就发挥类似剪刀的作用,将基因切断,使目标基因丧失作用。年左右,第二代基因编辑工具TALEN在读取效率和切除准确度上又有提升。但想要完成这种蛋白质的制备,必须具备极高的知识水平和技术能力。因此,年出现的第三代技术:CRISPR-Cas9,以其制备简单,精准度高的特点,迅速获得


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