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生命科学︱改变遗传规律重写生命密码——基因编辑技术面面观

世界科学2018-07-03 08:49:38

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白足鼠在新型生物工具的帮助下能成功抵御莱姆病

用白足鼠抵御莱姆病

——基因编辑技术的应用

2016年6月,凯文•艾斯维尔特(Kevin Esvelt)登上了开往南塔克特岛的船只。


艾斯维尔特是麻省理工学院生物合成学助理教授,他此行的目的是说服当地的医疗官员共同解决该岛长期存在的问题:莱姆病


莱姆病是全美传播速度最快的疾病之一。在南塔克特岛上,超过1/4的人患有莱姆病。莱姆病通常伴有皮疹、发烧和寒战。这种病若能及时诊断,只需一剂抗生素就能痊愈。但大多数人未能及时发现,因此要忍受好多年痛苦的神经症状。在美国东北地区,群众对蜱虫有着深深的恐惧,夏天家长禁止孩子赤脚在草坪或树林中玩耍。

艾斯维尔特今年34岁,在麻省理工还领导了一个叫“雕刻进化”的小组,致力于研发能够从根本上改变自然界的分子工具


艾斯维尔特解释白足鼠是莱姆病病毒最主要的储藏所,白足鼠中莱姆病的病毒可以通过蜱虫这一中介感染人类。艾斯维尔特说:“这是一个生态问题,我们想利用生态的方法阻止蜱虫传播莱姆病病毒,从而打破这个传染链。”如果南塔克特岛上的居民同意艾斯维尔特的计划,他打算运用自己研发的分子工具重写白足鼠的遗传基因,使白足鼠能对莱姆病或其他蜱传疾病产生免疫能力


具体过程是:他的团队会先在实验室里培育一批老鼠,然后将它们放到无人岛上,若传染源蜱的数量急剧减少,那么他会请求在南塔克特岛和附近的玛莎葡萄园岛释放这种能有效阻止疾病的小老鼠。目前人类莱姆病疫苗尚未得到批准,但狗和老鼠都有了相应的疫苗。艾斯维尔特和他的团队打算给他们的老鼠接种疫苗,然后通过DNA测序得出最受保护的抗体,再将抗体基因植入到老鼠的卵子内,这种老鼠就能天生对莱姆病免疫。最终,如果有足够数量的这类老鼠投放到自然界并与野生的老鼠交配,那么整个白足鼠的物种都会对莱姆病产生免疫能力。蜱虫吸食白足鼠的血液后,血液中的抗体能将蜱虫自带的病毒杀死,从而蜱虫不再有威胁,人类也理所当然不会染上莱姆病了。艾斯维尔特说:“只要把老鼠放到那儿,整个传染链就能崩溃。”


透明化的科学研究

——基因编辑技术的底线

之前从来没有一个像这样强有力的工具,它既能造福世界,也能给世界带来灾难。艾斯维尔特希望像杠杆一样利用这个技术,撬开他认为那些隐秘的无须重复的科学研究。他说:“要想通过实验消除整个种系,必须做到透明化。从道德和现实的角度来看,基因驱动只有在所有的研究都透明化的时候才有可能成功。如果基因驱动能做到这点,整个科学界也能做到这点。”


艾斯维尔特说:“我说的透明化就是指所有的过程都透明化。如果孟山都公司成为农业生物技术中最具控制权的公司,那么我们一定是他们的对立面。”在南塔克特岛的会议上,艾斯维尔特说他并不只是一位生物学家,他还是居民的代理人,一旦居民们对这个实验没有兴趣了,他就会停止。他还承诺,此次实验做到完全透明化——每个人都有权查看每封邮件、资助申请、数据建立、会议记录,就连知识产权都会被放到网上。任何实验未经科学家或者实验可能涉及的相关人的批准不得实施。



基因驱动技术与人类未来

与莱姆病的战争只不过是拉开了序幕,人类还需努力打败更痛苦的一些传染病,比如说疟疾和登革热。虽然过去10年由这两种传染病导致的死亡率明显下降,但目前世界上超过一半的人口依旧面临着这两种传染病的威胁,而且,每年有近75万人因此死亡。每天会有1 000个小孩死于疟疾。


比尔和梅琳达基金会对帝国理工学院奥斯汀•伯特(Austin Burt)领导的“瞄准疟疾”项目投资了几千万美元。在实验室测试中,这个小组成功地运用CRISPR系统,编辑了带有疟疾寄生虫的冈比亚疟蚊的基因,使得雌性冈比亚疟蚊产出不具繁殖能力的卵子。根据这个设想,一旦这些修改后的蚊子投放到撒哈拉以南地区和当地的蚊子交配后,蚊子的数量会大大减少。之前,孟买的塔塔基金会也宣布会资助一个在印度的相似计划。


基因驱动技术还可以消除血吸虫病。血吸虫是一种寄生类疾病,每年有几亿人感染,约有20万人死亡。除此以外,新技术还能消灭很多侵略性物种,比如那些专门祸害庄稼的害虫以及传播鸟疟的蚊子。


艾斯维尔特说,基因驱动带来的并不只是消除疟疾、血吸虫病或是莱姆病等疾病,它还能改变我们研究科学的方式。这就是艾斯维尔特在世界各地一直宣扬的理念,那些原先持反对意见的人在听过他的演讲后都转变了态度。草药学家丹妮卡•康纳斯(Danica Connors)在南塔克特岛的会议上说:“在此之前我本来想说绝对不行,但听了他的演讲后,我就说我们要修改遗传基因。”


通过CRISPR基因驱动的动物或植物真正运用到自然环境中还需几年时间,还有很多的管理、政治和社会障碍要去沟通。艾斯维尔特估计,莱姆病抗体老鼠出现在南塔克特岛或是玛莎葡萄园岛还需将近10年时间。但好消息是,科学上的障碍一般很快就能得到解决,所以我们翘首以盼那些致数十亿人丧生的疾病会消失,具有破坏性的害虫会灭绝,那些濒临灭绝的物种类似于黑足雪貂会保留下来,但想实施这种根本的科学变化还需改变公众对自然世界的态度。


技术永远是一把双刃剑。科学家若能重写蚊子的基因,使他们不再传播疟疾、登革热、寨卡或其他传播疾病,那么他们同样也能使昆虫变为一种武器。


但任何事情有好有坏。加拿大环保组织小组的负责人吉姆•托马斯(Jim Thomas)告诉我:“任何有关转基因生物(GMO)的研究都会得到批准。首先这种实验只在实验室里做。其次,就算应用,也只是在有限的范围内,不会有什么风险。哪怕最后说要放到自然界,大家也不会有意见,因为大家都认为它们无法在自然界存活。但今天我们的技术不但能使GMO存活,而且还能让它占主导的位置。”


每一个新技术的出现,无论是转基因食品还是无人驾驶车,都需要我们对风险和成就一起考虑。对于改变整个生态平衡的基因驱动技术来说,意见两极分化。部分原因是这个技术对于非洲有巨大的用处。而在过去,西方科学家一直在未经非洲人民许可的情况下,甚至在他们不知情的情况下将他们作为自己的研究对象。


在医药界,道德伦理选择很少是直言不讳的。之前在乌干达进行的艾滋病疫苗实验就招致很多西方公共卫生官员的强烈不满。一些人认为在那些无法做出判断的人身上进行临床试验是不道德的。大多数学术人员都认同医疗伦理道德的普遍性,如果在美国不能进行的实验当然也不能在乌干达进行。


然而,坎帕拉的一位医疗官员几年前告诉我:“虽然我们也很看重原则,但我们身陷死亡的恐惧太久了,我们不能依靠原则来避免死亡。”


原文作者麦克•斯贝克特(Michael Specter),1998年担任《纽约客》记者,一直关注艾滋病、肺结核、疟疾、农业生物技术、禽流感、淡水资源减少问题以及合成生物学领域。


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