“基因剪刀”能剪出完美人類嗎

黃堃　楊駿　王蔚

涉及人類基因的研究必須經歷嚴格的倫理審視。基因編輯技術目前不能逾越紅線，用來制造“完美人類”。

健康、聰明、美麗……這些人人向往的優(yōu)良品質，能夠完美集成在一個人身上嗎？在生命之初的胚胎階段，基因編輯技術的運用，能夠完善基因的表達和功能，減少先天性疾病、顯現優(yōu)質性狀，甚至“完美人類”的誕生都有可能。

一些先鋒科學家希望通過研究，在未來10年內合成一個完整的人類基因組。當然，涉及人類基因的研究必須經歷嚴格的倫理審視。基因編輯技術目前不能逾越紅線，用來制造“完美人類”。

人類將編寫“生命天書”

什么技術，3次入圍頂級學術刊物《科學》雜志評選的年度十大突破，更成為《科學》和《自然》雜志雙雙關注的焦點？什么技術，興起僅3年就風靡全球生物醫(yī)學研究機構，成為人類可能改造自身的利器？答案是：“基因剪刀”。

“基因剪刀”的正式學術名稱是基因編輯技術。眾所周知，脫氧核糖核酸（DNA）是重要的遺傳物質，它呈螺旋互繞的雙鏈結構，在DNA鏈條上，一個具有某種功能的片段就是基因。基因編輯技術可以斷開DNA鏈條，對其進行改動，然后重新連上，就像人們寫作時編輯文字那樣。由于對DNA鏈條有剪斷操作，它又被形象地稱為“基因剪刀”。

今年6月，全球25名基因研究領域的科學家聯名在《科學》雜志上宣布，今年內將啟動“人類基因組編寫計劃”，目標包括在10年內合成一個完整的人類基因組。

“我們希望更好地了解人類基因組，并推動基因編輯和合成技術的發(fā)展。”30歲的中國學者楊璐菡說。她是“人類基因組編寫計劃”最年輕的發(fā)起人之一，目前在哈佛大學從事基因研究。

全球最流行的“基因剪刀”是2013年興起的CRISPR-Cas9技術，主要發(fā)明者之一是出生在河北石家莊的美籍華人科學家張峰。

韓春雨：提供了一種基因編輯的新途徑

今年5月2日，韓春雨研發(fā)出基因編輯新技術NgAgo-gDNA的成果發(fā)表在英國《自然·生物技術》上。韓春雨團隊發(fā)明的新一代“基因剪刀”NgAgo-gDNA，向此前最先進的基因編輯技術CRISPR-Cas9發(fā)起了挑戰(zhàn)。被認為是“第三代”基因編輯技術的CRISPR-Cas9，一直以來是諾貝爾獎的熱門候選。而韓春雨團隊的發(fā)現被看作是“第四代”。

CRISPR-Cas9造價昂貴、精準性不夠。因此，讓各路研究者看中的是，NgAgo-gDNA具有更大的優(yōu)勢：它規(guī)避了原有技術令人頭痛的“脫靶效應”。向導設計制作簡便的NgAgo-gDNA，幾乎可以做到如六脈神劍般“指哪打哪”，能有效針對基因組內的任何位置進行定位并改造，對游離于細胞核內的DNA具有更高的切割效率，讓基因編輯技術實現“精準、簡單操作”，大幅降低了基因編輯門檻。

“如果說，此前的技術是‘一個菜市場，那我們就是發(fā)現了‘另一個菜市場，而這個‘菜市場到底好不好，有待全世界的科學家去驗證。”打破了外國基因編輯技術專利壟斷的韓春雨認為，“至少，它提供了一種基因編輯的新途徑”。

中國“基因剪刀手”正在集體崛起

在新一輪方興未艾的基因研究浪潮中，除了韓春雨外，不乏中國面孔，中國“基因剪刀手”正在集體崛起。

今年8月，中國科學家將在全球首次利用CRISPR-Cas9技術進行人體臨床試驗。四川大學華西醫(yī)院教授盧鈾領導的團隊將用這一技術改造免疫細胞，并注射入病人體內，以治療非小細胞肺癌。

在全球首次運用“基因剪刀”修改人類胚胎基因的，也是一位年輕的中國科學家。2015年，中山大學80后科學家黃軍就利用這一技術修改人類胚胎中可能導致β型地中海貧血的基因。黃軍就也因此被《自然》雜志列入全球十大科技人物。

另一位因為運用“基因剪刀”而獲得《自然》雜志獎項的中國科學家是高彩霞。她是中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的植物生物學家，她與實驗室同事在全球率先在農作物，特別是小麥和水稻上成功使用了這項簡潔的革命性基因編輯技術。

以“人類基因組計劃”為代表的上一輪基因研究浪潮中，中國科學家處于追隨的位置。這是因為主要基因測序工具都是國外科學家發(fā)明的，而中國科學家承擔的工作量只占整個計劃的百分之一。

今天，許多在中國完成的基因編輯工作具有開創(chuàng)性。黃軍就對人類胚胎基因的編輯是世界首次，且在國內完成。高彩霞則在中國解決了小麥基因編輯的全球性難題。小麥的基因工程以高難度著稱，部分原因是許多小麥品種都是六倍體。美國明尼蘇達大學植物生物學家丹尼爾·沃伊塔斯說，高彩霞被公認為是“全球優(yōu)秀小麥基因工程專家”。

生命完善的新藍圖和新倫理

“基因剪刀手”們將把我們帶向何處？未來的生活會有多大改變？這也是普通百姓關心的實際問題。

從近期來看，基因編輯技術可促進相關醫(yī)療領域的發(fā)展，將為治療疾病開辟新的途徑。

目前，全球具有器官移植需求的病人不在少數，而捐獻的器官數量有限。異種器官移植也被“人類基因組編寫計劃”列為6個先導項目之一。

科學家們正在研究如何用豬培育可供移植的器官。目前的技術障礙之一是豬體內存在一些有害基因，可能給人類帶來新的疾病。2015年，楊璐菡等科學家使用基因編輯技術，去除了豬基因組中62個有害基因，掃清了豬器官用于人體移植的一大障礙。

從遠期來看，基因編輯技術可能開啟一個現在無法想象的全新世界。最典型，也是最受質疑的就是關于創(chuàng)造生命或創(chuàng)造人類的問題。

早在2010年，美國基因組研究先驅克雷格·文特爾等人就曾合成一個包含約100萬個堿基對的細菌基因組，并將其移植到細菌體內工作。這是在全球首次制造合成生命，引起科學界轟動。“人類基因組編寫計劃”的目標之一是合成一個完整人類基因組。人類基因組有約30億個堿基對，合成難度很大。

需要說明的是，“人類基因組編寫計劃”只是提出合成人類基因組，并不涉及胚胎，沒有提議在基因組基礎上制造所謂的“無父母嬰兒”。盡管如此，仍然有很多倫理方面的質疑。涉及人類基因的研究必然要經歷嚴格的倫理審視。

2015年底，中、美、英等多國科學家和倫理學家在華盛頓舉行“人類基因編輯國際峰會”。會后聲明劃出的紅線是，禁止出于生殖目的而使用基因編輯技術改變人類胚胎或生殖細胞。這意味著，用“基因剪刀”幫助自己治病可以，但不能用它來制造完美的下一代。

“基因革命有兩波熱潮，第一個浪潮是讀基因，也就是基因測序；第二波是編輯基因組。”楊璐菡說，“從科技發(fā)展的角度來說，‘基因剪刀只是基因修改技術的開始，我們在工具的性能和應用上還有很大想象空間。”