韩春雨NgAgo技术有待科学论证,基因编辑究竟是什么?

头条推送科普中国头条创作与推送项目头条创作与推送2016-10-18 10:45
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韩春雨NgAgo技术有待科学论证,基因编辑究竟是什么?

近期,河北科技大学韩春雨团队的NgAgo技术登上了国内外的热搜榜。这一技术是否可以实现基因编辑?是否可重复?现在众说纷纭,还有待严谨的科学论证,暂且把它摆在一边不说。对于普通的读者,基因已经可以被编辑却是一个令他们感到吃惊的“新发现”。这个黑科技究竟是什么?它现在发展到什么程度了?又能为人类带来什么好处呢?

韩春雨NgAgo技术有待科学论证,基因编辑究竟是什么?

图为韩春雨。

基因编辑的鼻祖----基因组工程实际上并不是新兴科学,上世纪70年代它就已经崭露头角。目前,人类已经掌握了DNA的测序技术、克隆技术,被认为是操纵DNA的技术,我们熟悉的警方办案过程就常常用到相关的技术。但遗憾的是这些技术不是效率较低,就是难以进入实际临床应用的领域。

在过去几年中, 以ZFN (zinc-finger nucleases)和TALEN (transcription activator-like effector nucleases)为代表的序列特异性核酸酶技术以其能够高效率地进行定点基因组编辑, 在基础研究、基因治疗和遗传改良等方面展示出了巨大的潜力。

2015年,珍妮弗·杜德娜和艾曼纽·夏邦杰的团队公布了一项编辑基因组的新技术,叫做CRISPR-Cas9。通过这一技术,科学家能够改变细胞内的DNA,治愈遗传性疾病。这项技术具有成本低、操作简便、快捷高效的优点。它的横空出世迅速击败ZFN和TALEN,成为了风靡全球各大实验室和科研机构的有效的基因编辑工具。

这是一种使细胞不断记录接触过的病毒的机制。最重要的一点在于这些DNA片段会遗传给细胞的后代,这样就可以保护后代细胞免受病毒的攻击。这使得细胞可以记录下各种感染,就像细胞随身带着一张基因“疫苗接种卡”。

令人吃惊的是,这一技术来自一项了解细菌如何抵抗病毒性感染的研究成果。细菌必须抵抗存在于它们生存环境中的病毒。而病毒性感染就好像定时炸弹,在它“爆炸“之前,细菌只有几分钟时间来拆除这个”炸弹“,因此许多细菌在其细胞内都有一种叫做CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,成簇的规律间隔的短回文重复序列)的适应性免疫系统,能够探测到病毒DNA并将其破坏。

韩春雨NgAgo技术有待科学论证,基因编辑究竟是什么?

CRISPR-Cas9系统已经成为目前最方便的基因编辑工具。(图片来源:origene.com)

它工作的原理是,一旦DNA片段被插入细菌染色体中,细胞就会复制出一小段叫做gRNA(向导RNA)的分子, gRNA与名叫Cas9的蛋白质结合在细胞中形成类似哨兵的复合体,它会检索细胞中所有的DNA找到与其内部gRNA的序列相对应的位点然后连接DNA,让Cas9蛋白质精确地切割掉病毒DNA。

据悉,韩春雨团队的NgAgo相较 Cas9可以通过直接合成比g RNA 的结构更简单的 DNA 序列导入细胞,无需构建 gRNA 。此外, 该团队还声称,NgAgo还极大地提高了基因序列的编辑能力。

不论过程如何,在DNA双链被剪断后,细胞自身是有检测和修复受损的DNA的能力。因此,科学家就可以通过破坏或者合并新的DNA来触发细胞修复机制,从而达到治愈疾病的目的。

这两年,基因编辑技术已经进入实验阶段,除在老鼠、猴子及其他动物身上开展活体实验外,也有过少数在医学临床中进行治疗免疫系统疾病的案例。

比如,2015年底,英国一家儿童医院的医生利用基因编辑治愈了一例无法治疗的白血病病人——他们先取出患病女婴的免疫细胞,对其进行编辑,让这些细胞既能杀死癌细胞又能耐受化疗药物,再将之注入患者体内,从而治愈了疾病。

韩春雨NgAgo技术有待科学论证,基因编辑究竟是什么?

多亏注入基因编辑过的细胞,英国这位患白血病的1岁女婴蕾拉在生命的最后几个月成功让身上的癌细胞完全消除,实现了生命的逆转。这是她与家人的合影。

就在同年,中山大学黄军就的团队称他们利用CRISPR编辑了人类胚胎(实验使用的是无法存活、无法发育成人类个体的胚胎),对能导致遗传病“β-地中海贫血”的缺陷基因进行了改造。而美国费城的科学家也成功地利用CRISPR技术从一个艾滋病患者的细胞中剥离出了完整的HIV的病毒。

基因编辑技术的应用,让从前只出现在科幻小说和美国大片里拥有最强大脑、完美体魄的“增强版”人类,以及降低老年痴呆症、癌症等风险的“定制版”基因不再是遥不可及的梦想。

不过这样的技术也引起了不小的伦理争议,主要原因是因为它不仅能用于成体细胞,也能用于胚胎细胞,特别是人类的胚胎细胞。人们担心,有人会借治疗严重疾病的名义进行基因强化。

科学家们也指出,基因调控机制的复杂性不是简单的“一加一就等于二”,基因编辑不是“万灵药”。一些病症往往受大量基因的调控,如果想要进行治疗,可能要编辑无数的基因来降低患病几率,值得注意的是,这里也只是降低几率而不是完全治愈。

此外,很少有功能单一的基因,而删除或增加基因片段带来的后果难以预计。比如说,删掉CCR5基因可以让人们免疫艾滋病病毒,但也让他们死于西尼罗河病毒的风险高上13倍。改造FUT2基因可能降低患I型糖尿病的概率,但也增加了感染诺瓦克病毒的风险。

《知识就是力量》杂志驻外记者蕾欧娜(欧洲)综合自TED演讲等信息,审校专家:厦门大学生命科学学院林圣彩教授和林志忠博士

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