基因编辑并非新鲜事物。
过去三十年来,从农业到医学,各领域的研究人员一直在尝试改造遗传密码,以改善人类健康并增强全球粮食安全。
CRISPR-Cas9是最新一款令科学家振奋的“剪切粘贴”式基因工具,精度和准确性都很高。
与几年前风靡一时的锌指核酸酶(ZFNs)和转录激活因子样效应物核酸酶(TALENs)等早期基因编辑工具不同,CRISPR-Cas9系统成本低廉,使用起来也快捷简便。
CRISPR-Cas9方法就像一把分子剪刀,能在DNA的精确位置进行切割,从而在生物体的基因组中添加、删除或替换新的DNA片段。
如今我们所熟知的CRISPR系统由三种关键分子组成:一种负责切割,一种负责引导切割酶到达目标位置,还有一种负责激活切割酶。
被称为CRISPR的DNA序列是“成簇规律间隔短回文重复序列”(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)的简称。日本科学家于1987年首次在细菌中报告发现了这种序列。
时间来到2012年,研究人员宣布,他们已重新利用这种分子系统来编辑基因;细菌原本借助该系统抵御病毒。
尽管遗传病相对罕见,全球仍有数百万人受到影响,其中包括囊性纤维化和亨廷顿病。
大多数遗传病尚无治愈方法;即使有治疗手段,往往也只是控制病症,而非彻底消除疾病。
CRISPR-Cas9等基因编辑技术为解决这些致残性疾病的病因,而不只是缓解症状,带来了希望。
CRISPR-Cas9已显示出作为人类体细胞(非生殖细胞)潜在治疗方法的前景。
世界各地已有多个团队在利用这一系统,为多种疾病开发疗法。
其中一种基因疗法是从患者体内取出细胞,对其DNA进行编辑以修复缺陷或增加新功能,然后再将细胞放回患者体内。目前,研究人员正着手将这种方法用于骨髓细胞,作为治疗镰状细胞病和地中海贫血的潜在手段;这两种疾病都属于血液异常。
与任何新技术一样,巨大的潜力也伴随着紧迫的担忧。
在2015年4月之前,基因编辑技术几乎一直用于动物细胞。那个月,中国广州中山大学黄军就领导的团队介绍了使用CRISPR-Cas9编辑人类胚胎基因组的方法。
黄军就团队在不可存活、无法发育至活产的胚胎中使用了CRISPR-Cas9系统,但这项研究的发表重新引发了辩论:编辑可能遗传给后代的人类生殖细胞是否合乎伦理?中国是否在应用这项技术时成了“西部荒野”?
编辑人类生殖细胞可被视为CRISPR-Cas9最令人振奋的应用之一,因为编辑结果会代代相传,并可能根除影响家族数代、限制寿命甚至致命的遗传病;但编辑后的改变也可能造成意料之外的后果。
精准性
与前代技术相比,CRISPR-Cas9以精准和准确著称;然而,人们仍担心系统若未能命中目标会发生什么,而已有报告称这种情况确实出现过。
更进一步的担忧是,CRISPR-Cas9等技术可能催生“设计婴儿”,让父母挑选孩子的各种特征。
目前,CRISPR-Cas9仅用于研究;然而,各地对人类生殖细胞进行编辑的法律规定,即使是出于研究目的,也各不相同。
有些国家将以人类胚胎进行实验定为刑事犯罪,另一些国家则几乎不设限制。
各国对基因编辑的接受程度不尽相同,监管和执法机制也因国界而异。例如,美国不允许使用联邦资金改造人类胚胎,但并未全面禁止基因编辑。
在英国,一个独立机构会逐案审议人类基因编辑申请。
2016年1月,伦敦弗朗西斯·克里克研究所的研究人员获准使用CRISPR-Cas9改变人类胚胎中的基因,以研究早期发育。这是国家监管机构首次批准此类研究。
难以执行
另一方面,中国、日本、印度和爱尔兰等国制定了限制人类胚胎编辑的指导方针,但这些规定大多难以执行。
监管规定需要跟上CRISPR-Cas9为世界各地研究实验室带来的快速变化。
制定国际指导方针,即使无法强制执行,也可能有助于建立协调一致的国家框架。
这项工作已经在一定程度上展开。
2015年中国开展人类胚胎研究后,美国国家科学院和国家医学院、伦敦皇家学会以及中国科学院(CAS)共同举办了国际人类基因编辑峰会。
会议结束时发布的一份声明并未谴责针对不用于建立妊娠的人类胚胎开展基因编辑研究,但一致认为,在这项技术进入临床应用之前,仍需解决一系列伦理和安全问题。


