為什麼我們支援轉基因食品,卻反對基因編輯嬰兒?
2018年12月29日08:39

  來源:我是科學家iScientist

  不久前,《自然》雜誌剛剛公佈了2018年科技領域的十大影響力人物。其中,製造了世界首例基因編輯嬰兒的賀建奎教授以“CRISPR獨走者”(CRISPR Rogue)的名號赫然上榜。在這一事件中,科學界的態度是一致的:CRISPR技術不應用在健康嬰兒的基因改造上,我們絕不能支援這樣缺乏監管、有違科研倫理的臨床試驗。

賀建奎以“CRISPR獨走者”(CRISPR Rogue)的名號登上《自然》雜誌2018年科技領域的十大影響力人物。圖片來源:Nature
賀建奎以“CRISPR獨走者”(CRISPR Rogue)的名號登上《自然》雜誌2018年科技領域的十大影響力人物。圖片來源:Nature

  然而隨之而來的社會討論中有許多值得商榷的觀點,其中之一是:基因編輯技術就是一種轉基因技術,因此轉基因食品的生產和基因編輯嬰兒的製造都一樣,是“壞”的技術應用。

  這個類比有明顯的邏輯錯誤,毫無道理。簡單來說,基因編輯技術確實可以用來進行轉基因操作,但是操作對像是決定試驗倫理的關鍵所在——在動植物中可以反複試錯和修改的操作,在人體試驗中必須符合高得多的安全標準。

  因此,我們應該反對賀建奎這種有悖倫理和存在風險的基因編輯嬰兒試驗,但是不必以此為出發點質疑已有大量研究基礎的正規轉基因產品的安全性。

  CRISPR:能瞄準的瑞士軍刀

  其實,基因編輯與其說是一種技術,不如說是一個目標。生物體的基因組中包含著成千上萬個指導各種生命過程的基因,從上世紀90年代的人類基因組計劃開始,生物學領域的一大夢想就是能讀懂基因組的運作方式。而瞭解的最終目的之一,就是改造——對基因組的特定修改,也就是基因編輯,在動植物中可以改變性狀,為我們所用;而在人體自身,則是治療疾病的希望。

  這次被用於臨床試驗的CRISPR-Cas9技術,正是時下應用廣泛的一種實現基因編輯的手段。CRISPR的全稱是“規律間隔成簇短回文重複序列”,這些DNA片段相當於“入侵者”噬菌體在細菌自己資料庫里的“備案”,當有過備案的噬菌體再次進入細菌體內時,從這個CRISPR資料庫里按照備案打印出的“通緝照”——嚮導RNA,就能引導著帶有DNA剪切功能的Cas9蛋白,把噬菌體的基因組切斷,將“入侵行動”消滅在萌芽中。

  根據這個原理,我們只要把CRISPR資料庫中針對噬菌體的“備案”換成其他物種的DNA序列,不就能“指哪打哪”了嗎?相較於之前的基因編輯技術而言,利用CRISPR對DNA進行“打靶”實在是好用太多了:它成本低廉,設計簡單,又快又準,而且可以一次剪切多個位點(同時引入多條“引導RNA”)。自從2012-2013年在微生物和模式動物中成功實現後,CRISPR已經成為了很多生物實驗室的日常標配。

CRISPR/Cas9的基因編輯原理
CRISPR/Cas9的基因編輯原理

  雖然在細菌體內只是一種防禦武器,但在分子生物學家的手中,CRISPR變成了一把帶瞄準系統的多功能“瑞士軍刀”:比如在剪切目標位點的同時引入一段供體DNA序列,可以實現把這段序列插入目標位點——這其實就是轉基因。所以說,CRISPR-Cas9系統能夠實現基因編輯的目的,其中一個應用就是轉基因。

CRISPR就像一把帶瞄準系統的多功能“瑞士軍刀”。圖片來源:Pixabay
CRISPR就像一把帶瞄準系統的多功能“瑞士軍刀”。圖片來源:Pixabay

  轉基因操作是指使用載體將外源基因整合入生物體自身的基因組,從而在轉基因生物體內表達特定的蛋白產物,比如在玉米中表達抗蟲的Bt蛋白。注意,這裏只說了“整合入”,並沒說要整合到基因組上的哪個位置。相比較於傳統的轉基因操作來說,CRISPR其實是更加優秀的——可以更精準地把基因轉入基因組上的特定位置。

  除了轉入外源基因,CRISPR還可用於基因敲除,它在農業中也用處多多,比如中國研製成功的低鎘水稻,就是用CRISPR“剪掉”了水稻基因組中負責吸收鎘元素的基因,哪怕在鎘汙染地區也能種出不吸收鎘、含鎘量低於安全值的大米。

水稻容易蓄積鎘,用CRISPR“剪掉”了水稻基因組中負責吸收鎘元素的基因,可以種出不吸收鎘、含鎘量低於安全值的大米。圖片來源:Pixabay
水稻容易蓄積鎘,用CRISPR“剪掉”了水稻基因組中負責吸收鎘元素的基因,可以種出不吸收鎘、含鎘量低於安全值的大米。圖片來源:Pixabay

  雖然如此優秀,CRISPR卻也並非百分之百地精準:“脫靶”效應在CRISPR應用中一直是研究者關心的問題。在剪切、修飾目標位點的同時,“嚮導RNA”在基因組中其它區域的不精確匹配也會導致一些“計劃外”的修飾,對其它基因組區域進行了剪切、插入等等反應。目前,提高CRISPR系統的修飾精準性,減少“脫靶”,是基因編輯領域的一大熱門。

  轉基因研發:用實驗事實說話的安全性

  CRISPR的“脫靶”和傳統轉基因操作的隨機插入一樣,有可能會破壞基因組中一些不該被破壞的基因。因此,要得到一個符合我們生產生活需求的轉基因物種,“轉基因操作”只是第一步。把基因“送進去”之後,研究者需要通過各種檢測來確認很多事情:基因是否成功整合進了基因組?整合到了基因組的什麼地方?整合後的基因,有沒有活性,能不能指導合成我們想要的產物?這個外源基因的產物,結構是否正確,功能是否正常?轉基因後的糧食/禽畜,吃了有沒有問題?等等……

  在操作對像是糧食作物、家禽家畜時,這並不是什麼大問題——我們有源源不斷的實驗對象用來進行各種測試:分析基因產物,與天然作物/產品進行對比,喂食實驗動物觀察不良反應等等。一次轉基因操作不成功,我們還可以放棄失敗的測試對象重頭再來,直到製造出符合我們期望的轉基因物種——更有營養、抗性更好、有害物質含量更少、產量更高、更好吃/好用、不會汙染環境/影響生態等等。無論是在轉基因技術的發源地美國,還是在我國、歐洲等地區,各種轉基因物種和產品都要經曆嚴格的審查過程,用科學的實驗設計來驗證產品對人體沒有危害。

喂食實驗動物觀察轉基因食品是否具有不良反應。圖片來源:圖蟲創意
喂食實驗動物觀察轉基因食品是否具有不良反應。圖片來源:圖蟲創意

  事實上,基因編輯和轉基因操作本質上是對基因組進行了修改,生物學上屬於基因組中的變異;而無論是自然的演化過程還是傳統的雜交育種、人工選育,也都是試圖保留基因組中產生的、導致優良性狀的變異。有了完善的監管體系,無論是轉基因物種還是基因編輯作物,都不會比傳統雜交作物的危險性更大,理性接受是完全沒問題的。

  人體基因編輯:星辰大海的路,得一步一步走

  那麼,基因編輯嬰兒的問題在哪兒呢?相信你已經想到了——很簡單,人不能隨便拿來做實驗。一種新開發出的藥物,在被證明對人體足夠安全之前,是不能隨便給人(尤其是健康人)吃的。目的是治療或者預防疾病的基因編輯也是一樣:在人體中進行基因操作之前,我們必須用其它的實驗手段改進技術,充分證明我們能以最大的把握避免副作用,獲得成功。這裏的對比非常顯而易見:研發轉基因動植物時,一次差錯意味著科研人員需要進行下一次嚐試;而用基因編輯治病時,一次差錯就是對一個人類個體的生命威脅,當然應該慎之又慎。

用基因編輯治病時,一次差錯就是對一個人類個體的生命威脅,當然應該慎之又慎。圖片來源:Pixabay
用基因編輯治病時,一次差錯就是對一個人類個體的生命威脅,當然應該慎之又慎。圖片來源:Pixabay

  反觀這次基因編輯試驗,很多方面違反了這種科研和醫學倫理精神:這個試驗設計的倫理審查顯然並不完善,沒有業內專家參與審核;對於被編輯嬰兒的監護人,也就是應該簽署知情同意書的父母,他們是否得到了足夠客觀的背景介紹也不得而知;試驗的目標並沒有選擇其他方法難以治癒的疑難雜症,而是本可以通過各種成熟手段預防的HIV傳染;最重要的是,前面說到的脫靶等技術風險問題還沒有得到足夠的改善,兩個原本能夠健康降生的嬰兒沒必要也不應該承擔這些風險。

  事實上,基因編輯目前並不是沒有在人體中的成功應用。例如2017年經由美國食品及藥品監督管理局(FDA)審批的CAR-T療法,通過在體外編輯患者自己的免疫T細胞,往基因組里轉入了特定的基因,讓這些細胞能夠表達識別癌細胞的“抗原受體”蛋白質,同時在識別出癌細胞後能激發免疫反應,對癌細胞“定點清除”。

2017年美國食品及藥品監督管理局(FDA)審批通過了CAR-T療法。圖片來源:fda.gov。
2017年美國食品及藥品監督管理局(FDA)審批通過了CAR-T療法。圖片來源:fda.gov。

  這樣的基因編輯操作建立在以治療別無他法的重大疾病為目的,得到患者的知情,並在專門的醫療機構由專業人員實施的基礎上,編輯操作只涉及患者體細胞,不會把改造過的基因遺傳給後代。這樣規範的基因編輯操作有望挽救成千上萬絕症患者的生命,也是利用基因編輯治病救人的成功一步。可以看出,我們不能因噎廢食——優秀的技術,需要合理的利用來實現其價值。

優秀的技術,需要合理的利用來實現其價值。圖片來源:圖蟲創意
優秀的技術,需要合理的利用來實現其價值。圖片來源:圖蟲創意

  無論是基因編輯還是轉基因,使用這些技術為人類製造吃穿用度也好,為人類治病也好,最起碼的底線都是不能增加對任何人生命健康權的危害。合理監管和經過嚴格測試的轉基因產品達到了這個標準,而這一次的基因編輯嬰兒試驗,無論從結果來看還是從試驗過程來看,都沒有能夠保證“不危害健康”這個底線,在合理的監管體系下絕不該發生。

  現在,我們只能寄希望於被編輯的兩個女嬰並無健康問題,過上正常的生活;對人體基因編輯,需要加以合理而嚴格的監管;而面對層層把關的轉基因農副產品,則完全可以以科學理性的態度接受。

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