科學也可以如此靠近

持續關注轉基因嬰兒

11月
27
2018

2018年11月27日13時 今日科學 小眼科技

小眼科技

如果有人想出一種方法來創造基因工程嬰兒,喬治·丘奇肯定會知道。

在他位於哈佛醫學院的迷宮般的實驗室里,你可以看到研究人員正在給大腸桿菌提供大自然從未見過的基因。丘奇說,他的實驗室是新技術基因的中心,人們可以根據自己的意願重塑有機體。

當我參觀教堂的實驗室時,他建議我和來自北京的年輕博士後學生廬漢·楊談話,他是CRISPR-Cas9基因技術編輯的重要參與者。楊和丘奇成立了一家小公司,對豬和牛進行基因改造,添加好的基因,去除不好的基因。

在楊的採訪中,我藉此機會問自己一個我真正想問的問題:這些技術能應用於人類嗎?我們能改善人類基因嗎?科學界對這個問題的主流態度是不安全、不負責任,甚至不可能這樣做。但楊不這麼認為。當然,她說。事實上,他們的實驗室有一個項目來研究如何做到這一點。她打開筆記本電腦,給我看了一個PPT文件,名為「生殖細胞線編輯會議」。

這是一個改變人類遺傳學的技術建議。

你想要完美的嬰兒嗎?

「這種實驗在中國已經開始了。」

「生殖細胞」是生物學家用來指精子和卵子的術語。精子和卵子的結合形成胚胎。通過編輯生殖細胞或胚胎的DNA,有可能減少後代中致病基因的數量,並通過基因固定這些特徵並將其傳遞下去。這些技術可用於消除家庭疾病,如囊性纖維化。楊潔篪說,還可以植入終生的抗感染基因等等。這將是醫學史上劃時代的進步。疫苗在本世紀醫學史上的地位將和上世紀疫苗一樣重要。

當然,這只是一個前景。人們擔心,生殖細胞的基因改造將創造一個反烏托邦的社會,由超人和為富人設計嬰兒的工程師組成。

CRISPR技術最初提出後僅僅三年,就被生物學家廣泛用作尋找和更換DNA的工具,甚至只改變DNA中的一個字母。這項技術如此精確,以至於許多人期望它成為一種新的基因療法。這個想法是讓醫生直接糾正錯誤的基因,比如鐮狀細胞貧血患者的血細胞中的基因。但是這種基因療法對生殖細胞沒有影響,DNA的變化不會傳遞給後代。

相反,通過生殖細胞改變的基因變化可以被遺傳,這使得這個想法令人不快。到目前為止,道德上的擔憂已經盛行。除美國外,十多個國家已經禁止對生殖細胞進行基因改造,科學界還沒有就這種技術的風險達成一致。歐洲人權和生物醫學委員會說,篡改基因庫是對人類尊嚴和人權的侵犯。

轉基因嬰兒有可能嗎?

但是這些聲音是在生殖細胞發生精確的基因改變之前發出的,而現在,由於CRISPR技術,這已成為可能。

楊將實驗描述為並不簡單,但大致如下:研究人員希望從紐約一家醫院獲得BRCA1基因突變導致的卵巢癌婦女的卵巢。隨後,他們與哈佛大學的大衛·辛克萊實驗室合作,該實驗室專門從事抗衰老研究,提取未成熟的卵子,促進它們在實驗室中的發育和分工。楊將利用CRISPR技術校正這些細胞中BRCA1基因的DNA。我們的目標是創造一個沒有遺傳錯誤的卵細胞,這樣婦女就不會患上癌症。

像我以前採訪過的幾位科學家一樣,楊不再進一步回答我的問題,所以我不知道她描述的實驗是否正在進行、取消或即將出版。Church在電話中稱之為「非項目」,至少直到獲得公開可用的結果為止。

不管這個特定實驗的命運如何,人類生殖細胞的遺傳變化已經成為一個研究概念。至少波士頓、中國和英國的科學家正在研究這個課題。OvaScience生物技術擁有許多世界級的生殖學博士學位,也正在致力於這項研究。

這些研究小組的目標是闡明兒童可能沒有導致遺傳疾病的特定基因的可能性。如果能夠糾正雌性卵子或雄性精子中的DNA,這些生殖細胞可用於體外受精,以產生胚胎,然後發育成嬰兒。利用CRISPR技術還可以直接編輯體外受精胚胎早期發育階段的DNA。幾位接受麻省理工學院技術評論採訪的科學家說,這些實驗已經在中國進行,有關轉基因胚胎髮展的文章不久將發表。這些人不願意透露他們的身份,因為這些文章仍在審查中。

所有這些都意味著生殖細胞基因改造的進展超出了所有人的想像。波斯頓體外受精中心的創始人之一梅爾·伯傑說:「我們正在討論涉及全人類的問題,這將是這個科學研究領域中最重要的問題。」伯傑預測修復導致嚴重遺傳病的基因。這項技術將引起公眾的廣泛關注,但同時也會引起公眾的爭論,因為「每個人都想要一個完美的孩子」,這將導致父母選擇孩子眼睛的顏色,直到他們的智力水平。我們以前一直在討論這種事情,但我們從來沒有機會這樣做。」

「編輯胚胎,非常容易」

用CRISPR技術編輯人類胚胎有多容易?專家說這很容易。」任何具有分子生物學和胚胎髮育知識的科學家都可以做到這一點,」珍妮弗·杜德娜說,她是一名生物學家,參與了2012年CRISPR編輯的基因發現。

為了找到如何做到這一點,我拜訪了麻省理工學院的神經生物學家馮國平,他的實驗室正在使用CRISPR技術建立精確的人類大腦疾病模型。為了建立模型,馮編輯了胚胎的DNA,然後將胚胎移植到一隻非洲雌性猴子中,最後生下了一隻幼猴。馮想要改變的基因之一是SKANK3。這個基因參與神經通訊,如果它在兒童時期受損,它可以導致孤獨症。

馮說,在CRISPR技術問世之前,不可能對靈長類動物的DNA進行精確的改變,但是去年第一隻轉基因猴子在中國昆明出生。

但CRISPR技術並不完善,利用CRISPR技術編輯人類胚胎基因是一種非常隨機的行為。為了在猴子身上應用CRISPR技術,只有一種化學物質被注射到受精卵中。

馮說,在受精卵中,CRIPSPR導致基因消失或失去功能的機率大約為40%,所以每個基因編輯操作都不太可能有效,只有20%多一點。猴子和人類一樣,有兩組基因,一種來自雙親。有時兩套基因都會改變,有時只有一套基因會改變,甚至兩套也不會改變。只有一半的胚胎將成功交付。總之,這些因素可能需要編輯20個胚胎來產生具有您想要的基因的猴子。

當使用猴子作為實驗對象時,這並不是一個大問題,但如果同樣的技術應用於人類,就會造成嚴重的問題。將CRISPR注射到人類胚胎在技術上並不困難,但其可行性受到很大質疑。正是由於這個原因,許多科學家嘲笑這個實驗是一種感覺,而不是一門真正的科學。麻薩諸塞理工學院的生物學家Rudolf Jaenisch創造了第一隻轉基因小鼠,他也說這樣的嘗試是「不成熟的」。

但是馮先生告訴我,他認為基因改造生殖細胞的想法非常好,僅限於目前的技術,而且這個想法需要10到20年的時間才能付諸實踐。在其他問題中,CRISPR可能帶來意想不到的遺傳變化和影響。但是馮說,這些問題是可以解決的,而且基因改造的胎兒會成功分娩。對我來說,這是預防,「他說。很難預測未來,但是降低疾病風險的嘗試很可能是成功的,應該得到支持。我想它會成真的。」

「編輯雞蛋,我們在嘗試」

在波士頓的其他地方,一些科學家正試圖用另一種方式改變生殖細胞的基因。這種方法在技術上更加困難,但它可能會更好。它將CRISPR技術與幹細胞的發現結合起來。許多人,包括教堂研究中心的科學家,相信這些人很快就能在實驗室里利用幹細胞產生卵子和精子。與胚胎不同的是,幹細胞可以發育和複製。因此,它們為利用CRISPR技術創造轉基因後代提供了更好的途徑。具體方法是:首先,編輯幹細胞基因;其次,將這些基因移植到精子或卵子中;第三,繁殖後代。

99.8%的人類基因由雙親提供,但線粒體基因的一小部分完全來自母親。如果母親的這部分基因有缺陷,它將遺傳給下一代。英國研究人員試圖藉助一種新的試管受精技術,從母親的卵子中去除有缺陷的線粒體,以在更大程度上確保新生兒的健康。

OVISCION在2014年12月召開了一次投資者會議。在會議期間,斯皮爾曼去年被評為「全球100位最有影響力的人物之一」,他介紹了一些他稱之為「將真正改變世界」的技術發展。他說,當人們回首未來的這一刻時,他們將會意識到,這些發展打開了「人類對自己身體的控制」的新篇章,因為他們允許父母決定「什麼時候要孩子,怎樣要孩子,以及孩子有多健康」。

OvaScience的幹細胞技術還不夠完美,但Sinclair預測,生產正常功能的卵子只是時間問題。他說,一旦技術成熟,不孕症婦女可以產生數百個卵子,可能產生數百個胚胎。他們使用DNA測序來分析這些基因以選擇最健康的嬰兒出生。

也有可能改善嬰兒的基因。辛克萊告訴投資者,他已經嘗試用基因編輯技術修改卵幹細胞的DNA,這也是丘奇的實驗室正在研究的。我們認為這項新技術也可以應用於那些對試管受精不感興趣但想要更健康的嬰兒的人。他以亨廷頓舞蹈病為例。這種疾病是由一種導致致命腦缺陷的基因引起的。辛克萊說基因編輯可以消除雞蛋中的基因缺陷。他說,他和OvaScience的目標是「在嬰兒出生前糾正這些突變」。

令我驚訝的是,OvaScience的發言人Cara Mayfield說,公司的研究幾乎沒有得到重視。2013年12月,該公司甚至宣布將投資150萬美元與一家名為Intrexon的公司組建一家合資企業,Intrexon的研究目標包括對卵幹細胞進行基因編輯,以「防止患病後代的繁殖」。

西北大學的Tilly說,他的實驗室正在嘗試用CRISPR技術編輯卵子,以消除可能引起遺傳病的基因。Tilly強調有兩塊拼圖,一塊是幹細胞,另一塊是基因編輯。重要的是要創造更多的蛋殼細胞,因為只有一定大小的蛋殼細胞可以遺傳修飾,DNA序列可以在蛋形成之前分析,並且可以消除錯誤的細胞。

Tilly預言,這種點對點的技術,從細胞到幹細胞,從幹細胞到精子或卵子,然後到後代,肯定適用於動物,但他不確定將來是否應該應用於人類卵子。他說如果你能做到的話,那是一回事。如果可以,那麼將會有一些最重要的問題——你想這麼做嗎?你為什麼要這麼做?你的目的是什麼?技術是否可行是一個科學問題,而這些更大的問題是社會問題。
「改進或試驗人類?」

如果生殖細胞的遺傳修飾成為醫學實踐的一部分,它可能給人類的福祉帶來巨大的變化,並影響人類的壽命、身份和經濟產出。但同時也帶來了倫理困境和社會挑戰。如果只有最富有的人才能負擔得起基因改良技術該怎麼辦?在美國,體外受精大約花費20000美元,而基因測試、卵子捐贈或代孕媽媽的花費高達10萬美元。

其他人則認為這種觀點的缺點在於它沒有醫學依據。史丹福大學的法律教授和倫理學家漢克·格雷利說:「支持這項技術的人並不能真正說明這項技術的好處。」格雷利說,問題是我們已經能夠測試試管嬰兒胚胎的DNA,並選擇最健康的胚胎,這只需要4000美元。例如,一個患有亨廷頓氏病的男人可以用他的精子使伴侶的幾十個卵子受精。一半的胚胎沒有亨廷頓氏病,可以用來受孕。

事實上,有些人堅持對生殖細胞進行基因修飾,因為他們被一些錯誤的觀念所迷惑。加利福尼亞一家生物技術公司的執行長愛德華·蘭菲爾說:「我們認為生殖細胞的基因改造可以預防疾病,但事實並非如此。這樣做沒有醫學上的理由。人們會說我不想要那樣的孩子,我也不想要那樣的孩子。這是一個完全錯誤的想法。這項技術將用於一些不可接受的領域。
2014年的一項美國調查顯示,83%的人希望通過基因改造讓孩子更聰明。

批評者提出了許多擔憂。孩子們將被用來做實驗。IVF診所的父母會受到廣告的影響。生殖細胞的基因修飾將導致「活躍的優生學」,並鼓勵所謂的高質量基因的傳播。它會影響那些尚未出生的人,不管他們同意與否。美國醫學協會認為,現在不應該進行生殖細胞的基因改造,因為這將影響後代的福祉,並可能導致不可預測和不可逆轉的結果。

另一些人預測,難以對立的醫學應用可以被識別。一對夫婦可能同時患有幾種遺傳疾病,並且找不到合適的胚胎。不孕不育的治療也是可行的。有些人不生產精子。其中一個原因是遺傳缺陷。在Y染色體區域中的六百萬個DNA字母中的一個丟失了。年輕的澳大利亞醫生Werner Neuhaussser說,有可能對這些疾病使用基因修飾。

丘奇告訴我,驅動一切的是CRISPR技術的「難以置信的獨特性」。雖然沒有發現細節,但他相信這項技術可以改變DNA中的字母而不會產生副作用。他說,這誘使人們使用它。丘奇說他的實驗室不是關於製造或編輯人類胚胎,他說那不是我們的風格。

教會的風格是讓人類更強大。他提倡CRISPR技術不僅可以用於根除基因相關疾病。在熱衷於理解人類進化的下一步的「超人道主義者」的聚會上,丘奇介紹了10個基因的自然變異。如果人們天生具有這種遺傳變異,他們將具有特殊的體質或抵抗疾病。有一種基因變異可以顯著降低患心臟病的風險,還有一種基因變異可以預防痴呆,並在老年時保持敏感。

丘奇認為,CRISPR技術能夠給人類帶來有益的基因突變,使DNA編輯發揮疫苗的作用,並預防一些常見疾病。雖然丘奇說這種技術只能應用於同意使用它的成年人,但他顯然相信干預越快越好。
教會傾向於避免對嬰兒進行基因改造。但最終,他的建議是進行保護性遺傳增強。較早的干預,預防效果越好。如果我們可以非常廉價、安全和可預測地實現這種技術,那麼當然應該實現它。

有些人認為我們不應該錯過改善物種的機會。」人類基因並不完美,我們應該積極支持這項技術。美國公眾似乎也不反對這種觀點。在2014年8月進行的一項調查中,46%的成年人支持對嬰兒進行基因改造以減少患嚴重疾病的風險。(調查還發現,83%的人表示,如果這樣做能使嬰兒更聰明,那將是濫用藥物。)

其他人說,提高智商也是一個我們應該考慮的應用。牛津大學的哲學家尼克·博斯特羅姆也在考慮人類是否能夠利用生殖技術來提高人類的智力。雖然我們還不知道基因如何影響智商,並且有太多的相關基因可以輕易改變,但是這種高科技優生方法的前景似乎不是盲目的猜測。

如果每個人都更聰明怎麼辦?如果只有一些人能變得聰明呢?如果只有少數「超級」個人能通過他們的創造力和發現改變世界呢?根據博德斯特羅姆的說法,基因改良與氣候變化或國家的長期經濟規劃同樣重要,「因為人類解決問題的能力關係到我們所面臨的每一個問題。」

對一些科學家來說,遺傳學和生物技術的爆炸性進展意味著生殖細胞的遺傳修飾是不可避免的。當然,安全是最重要的問題。在對名為「母親」的嬰兒進行基因改造之前,必須對大鼠、兔子和可能還有猴子進行實驗,以確保它們都正常。但最終,如果利益大於風險,醫學界將抓住機會。Neuhausser說:「體外受精技術最初出現時也是如此。我們從來都不知道IVF出生的孩子在40歲或50歲時是否健康。但有些人不得不冒這樣的風險。」

「重瓶遺傳技術」 2015年1月,20多名科學家、倫理學家和法律專家來到加利福尼亞州的納帕谷,在葡萄園度假。他們由杜德娜召集,杜德娜是伯克利的一位科學家,他發現了如何使用CRISPR技術編輯基因。她已經意識到,並且已經開始擔心,一些科學家將渴望使用這種方法來對生殖細胞進行基因修飾。現在她想知道他們能不能停下來。

作為科學家,我們都知道CRISPR技術是非常強大的。但一切都有兩面性。我們必須確保它能被謹慎地應用。將其應用於人類生殖細胞編輯時應特別注意。

在1975年的Asilomar會議上,生物學家就如何安全處理重組DNA達成一致。在納帕會議上,是否應該就生殖細胞的遺傳修飾達成共識?杜德娜希望如此,但那時似乎不可能達成這樣的共識。今天,全世界有數百萬人從事生物技術研究。沒有權威為科學說話,也沒有簡單的方法把基因技術裝進瓶子裡。Doudna說,她希望至少美國科學家能達成共識,暫停對生殖細胞基因改造的研究。一些與會者說,他們將簽署一份聲明,澄清他們的共識,並在重要的科學期刊上發表。Doudna說,她希望如果美國的科學家能夠簽署這樣一個聯合聲明,這將影響世界其他地區的研究人員暫停他們的研究工作。

基因決定命運? Doudna認為不僅應該中止胚胎改造的研究,而且應該停止使用CRISPR技術來改變人類精子和卵子。「我不認為這樣的實驗是合適的,」她說。我認為現在需要的是了解分娩的安全性、有效性和知識。我想我們可以在人類以外的動物身上做到這一點。

並不是每個人都認為生殖細胞的基因改造如此令人擔憂,這樣的實驗不應該停止。格雷利認為,在美國,已經有一些規定禁止實驗室修改嬰兒的基因。」我不想發布一個禁止安全的藉口,「他說。但格里利還表示,他同意簽署杜德納提出的聲明,這代表了本集團的共識。

隨著新聞媒體開始宣傳生殖細胞基因改造的實驗,一些使用CRISPR技術的生物技術公司意識到他們必須採取立場。IntelliaTherap.ics去年籌集了1500萬美元,用於開發CRISPR作為認知和兒童的基因治療。該公司執行長尼桑·伯明罕(Nessan Bermingham)說,生殖細胞的基因改造不是商業探測器。他說,他的公司可以利用其專利來阻止其他人將該技術商業化。

伯明罕說他從來沒有想到他會這麼快就對嬰兒的基因改造採取立場。重寫人類遺傳特徵一直是一種技術上的可能性,現在它突然變成了現實。但是人類不總是想要理解和控制人類創造的過程嗎?

Doudna說她也在考慮這個問題。它直接指向我們作為人類的核心,使我們懷疑人類是否應該使用這種權力。雖然存在道德和倫理問題,但首先要解決的問題之一是理解人類生殖細胞基因正在改變人類的進化。她認為,停止這種研究的原因之一是給科學家一個計劃,讓他們花更多的時間解釋他們下一步可能做什麼。」大多數公眾不知道會發生什麼,」她說。
如果有人想出一種方法來創造基因工程嬰兒,喬治·丘奇肯定會知道。

在他位於哈佛醫學院的迷宮般的實驗室里,你可以看到研究人員正在給大腸桿菌提供大自然從未見過的基因。丘奇說,他的實驗室是新技術基因的中心,人們可以根據自己的意願重塑有機體。
當我參觀教堂的實驗室時,他建議我和來自北京的年輕博士後學生廬漢·楊談話,他是CRISPR-Cas9基因技術編輯的重要參與者。楊和丘奇成立了一家小公司,對豬和牛進行基因改造,添加好的基因,去除不好的基因。

在楊的採訪中,我藉此機會問自己一個我真正想問的問題:這些技術能應用於人類嗎?我們能改善人類基因嗎?科學界對這個問題的主流態度是不安全、不負責任,甚至不可能這樣做。但楊不這麼認為。當然,她說。事實上,他們的實驗室有一個項目來研究如何做到這一點。她打開筆記本電腦,給我看了一個PPT文件,名為「生殖細胞線編輯會議」。
這是一個改變人類遺傳學的技術建議。
你想要完美的嬰兒嗎?

「這種實驗在中國已經開始了。」 「生殖細胞」是生物學家用來指精子和卵子的術語。精子和卵子的結合形成胚胎。通過編輯生殖細胞或胚胎的DNA,有可能減少後代中致病基因的數量,並通過基因固定這些特徵並將其傳遞下去。這些技術可用於消除家庭疾病,如囊性纖維化。楊潔篪說,還可以植入終生的抗感染基因等等。這將是醫學史上劃時代的進步。疫苗在本世紀醫學史上的地位將和上世紀疫苗一樣重要。

當然,這只是一個前景。人們擔心,生殖細胞的基因改造將創造一個反烏托邦的社會,由超人和為富人設計嬰兒的工程師組成。

CRISPR技術最初提出後僅僅三年,就被生物學家廣泛用作尋找和更換DNA的工具,甚至只改變DNA中的一個字母。這項技術如此精確,以至於許多人期望它成為一種新的基因療法。這個想法是讓醫生直接糾正錯誤的基因,比如鐮狀細胞貧血患者的血細胞中的基因。但是這種基因療法對生殖細胞沒有影響,DNA的變化不會傳遞給後代。

相反,通過生殖細胞改變的基因變化可以被遺傳,這使得這個想法令人不快。到目前為止,道德上的擔憂已經盛行。除美國外,十多個國家已經禁止對生殖細胞進行基因改造,科學界還沒有就這種技術的風險達成一致。歐洲人權和生物醫學委員會說,篡改基因庫是對人類尊嚴和人權的侵犯。
轉基因嬰兒有可能嗎? 但是這些聲音是在生殖細胞發生精確的基因改變之前發出的,而現在,由於CRISPR技術,這已成為可能。

楊將實驗描述為並不簡單,但大致如下:研究人員希望從紐約一家醫院獲得BRCA1基因突變導致的卵巢癌婦女的卵巢。隨後,他們與哈佛大學的大衛·辛克萊實驗室合作,該實驗室專門從事抗衰老研究,提取未成熟的卵子,促進它們在實驗室中的發育和分工。楊將利用CRISPR技術校正這些細胞中BRCA1基因的DNA。我們的目標是創造一個沒有遺傳錯誤的卵細胞,這樣婦女就不會患上癌症。

像我以前採訪過的幾位科學家一樣,楊不再進一步回答我的問題,所以我不知道她描述的實驗是否正在進行、取消或即將出版。Church在電話中稱之為「非項目」,至少直到獲得公開可用的結果為止。
不管這個特定實驗的命運如何,人類生殖細胞的遺傳變化已經成為一個研究概念。至少波士頓、中國和英國的科學家正在研究這個課題。OvaScience生物技術擁有許多世界級的生殖學博士學位,也正在致力於這項研究。

這些研究小組的目標是闡明兒童可能沒有導致遺傳疾病的特定基因的可能性。如果能夠糾正雌性卵子或雄性精子中的DNA,這些生殖細胞可用於體外受精,以產生胚胎,然後發育成嬰兒。利用CRISPR技術還可以直接編輯體外受精胚胎早期發育階段的DNA。幾位接受麻省理工學院技術評論採訪的科學家說,這些實驗已經在中國進行,有關轉基因胚胎髮展的文章不久將發表。這些人不願意透露他們的身份,因為這些文章仍在審查中。

所有這些都意味著生殖細胞基因改造的進展超出了所有人的想像。波斯頓體外受精中心的創始人之一梅爾·伯傑說:「我們正在討論涉及全人類的問題,這將是這個科學研究領域中最重要的問題。」伯傑預測修復導致嚴重遺傳病的基因。這項技術將引起公眾的廣泛關注,但同時也會引起公眾的爭論,因為「每個人都想要一個完美的孩子」,這將導致父母選擇孩子眼睛的顏色,直到他們的智力水平。我們以前一直在討論這種事情,但我們從來沒有機會這樣做。」

「編輯胚胎,非常容易」 用CRISPR技術編輯人類胚胎有多容易?專家說這很容易。」任何具有分子生物學和胚胎髮育知識的科學家都可以做到這一點,」珍妮弗·杜德娜說,她是一名生物學家,參與了2012年CRISPR編輯的基因發現。

為了找到如何做到這一點,我拜訪了麻省理工學院的神經生物學家馮國平,他的實驗室正在使用CRISPR技術建立精確的人類大腦疾病模型。為了建立模型,馮編輯了胚胎的DNA,然後將胚胎移植到一隻非洲雌性猴子中,最後生下了一隻幼猴。馮想要改變的基因之一是SKANK3。這個基因參與神經通訊,如果它在兒童時期受損,它可以導致孤獨症。

馮說,在CRISPR技術問世之前,不可能對靈長類動物的DNA進行精確的改變,但是去年第一隻轉基因猴子在中國昆明出生。
但CRISPR技術並不完善,利用CRISPR技術編輯人類胚胎基因是一種非常隨機的行為。為了在猴子身上應用CRISPR技術,只有一種化學物質被注射到受精卵中。

馮說,在受精卵中,CRIPSPR導致基因消失或失去功能的機率大約為40%,所以每個基因編輯操作都不太可能有效,只有20%多一點。猴子和人類一樣,有兩組基因,一種來自雙親。有時兩套基因都會改變,有時只有一套基因會改變,甚至兩套也不會改變。只有一半的胚胎將成功交付。總之,這些因素可能需要編輯20個胚胎來產生具有您想要的基因的猴子。

當使用猴子作為實驗對象時,這並不是一個大問題,但如果同樣的技術應用於人類,就會造成嚴重的問題。將CRISPR注射到人類胚胎在技術上並不困難,但其可行性受到很大質疑。正是由於這個原因,許多科學家嘲笑這個實驗是一種感覺,而不是一門真正的科學。麻薩諸塞理工學院的生物學家Rudolf Jaenisch創造了第一隻轉基因小鼠,他也說這樣的嘗試是「不成熟的」。

但是馮先生告訴我,他認為基因改造生殖細胞的想法非常好,僅限於目前的技術,而且這個想法需要10到20年的時間才能付諸實踐。在其他問題中,CRISPR可能帶來意想不到的遺傳變化和影響。但是馮說,這些問題是可以解決的,而且基因改造的胎兒會成功分娩。對我來說,這是預防,「他說。很難預測未來,但是降低疾病風險的嘗試很可能是成功的,應該得到支持。我想它會成真的。」 「編輯雞蛋,我們在嘗試」

在波士頓的其他地方,一些科學家正試圖用另一種方式改變生殖細胞的基因。這種方法在技術上更加困難,但它可能會更好。它將CRISPR技術與幹細胞的發現結合起來。許多人,包括教堂研究中心的科學家,相信這些人很快就能在實驗室里利用幹細胞產生卵子和精子。與胚胎不同的是,幹細胞可以發育和複製。因此,它們為利用CRISPR技術創造轉基因後代提供了更好的途徑。具體方法是:首先,編輯幹細胞基因;其次,將這些基因移植到精子或卵子中;第三,繁殖後代。

99.8%的人類基因由雙親提供,但線粒體基因的一小部分完全來自母親。如果母親的這部分基因有缺陷,它將遺傳給下一代。英國研究人員試圖藉助一種新的試管受精技術,從母親的卵子中去除有缺陷的線粒體,以在更大程度上確保新生兒的健康。

OVISCION在2014年12月召開了一次投資者會議。在會議期間,斯皮爾曼去年被評為「全球100位最有影響力的人物之一」,他介紹了一些他稱之為「將真正改變世界」的技術發展。他說,當人們回首未來的這一刻時,他們將會意識到,這些發展打開了「人類對自己身體的控制」的新篇章,因為他們允許父母決定「什麼時候要孩子,怎樣要孩子,以及孩子有多健康」。

OvaScience的幹細胞技術還不夠完美,但Sinclair預測,生產正常功能的卵子只是時間問題。他說,一旦技術成熟,不孕症婦女可以產生數百個卵子,可能產生數百個胚胎。他們使用DNA測序來分析這些基因以選擇最健康的嬰兒出生。

也有可能改善嬰兒的基因。辛克萊告訴投資者,他已經嘗試用基因編輯技術修改卵幹細胞的DNA,這也是丘奇的實驗室正在研究的。我們認為這項新技術也可以應用於那些對試管受精不感興趣但想要更健康的嬰兒的人。他以亨廷頓舞蹈病為例。這種疾病是由一種導致致命腦缺陷的基因引起的。辛克萊說基因編輯可以消除雞蛋中的基因缺陷。他說,他和OvaScience的目標是「在嬰兒出生前糾正這些突變」。

令我驚訝的是,OvaScience的發言人Cara Mayfield說,公司的研究幾乎沒有得到重視。2013年12月,該公司甚至宣布將投資150萬美元與一家名為Intrexon的公司組建一家合資企業,Intrexon的研究目標包括對卵幹細胞進行基因編輯,以「防止患病後代的繁殖」。

西北大學的Tilly說,他的實驗室正在嘗試用CRISPR技術編輯卵子,以消除可能引起遺傳病的基因。Tilly強調有兩塊拼圖,一塊是幹細胞,另一塊是基因編輯。重要的是要創造更多的蛋殼細胞,因為只有一定大小的蛋殼細胞可以遺傳修飾,DNA序列可以在蛋形成之前分析,並且可以消除錯誤的細胞。

Tilly預言,這種點對點的技術,從細胞到幹細胞,從幹細胞到精子或卵子,然後到後代,肯定適用於動物,但他不確定將來是否應該應用於人類卵子。他說如果你能做到的話,那是一回事。如果可以,那麼將會有一些最重要的問題——你想這麼做嗎?你為什麼要這麼做?你的目的是什麼?技術是否可行是一個科學問題,而這些更大的問題是社會問題。

「改進或試驗人類?」

如果生殖細胞的遺傳修飾成為醫學實踐的一部分,它可能給人類的福祉帶來巨大的變化,並影響人類的壽命、身份和經濟產出。但同時也帶來了倫理困境和社會挑戰。如果只有最富有的人才能負擔得起基因改良技術該怎麼辦?在美國,體外受精大約花費20000美元,而基因測試、卵子捐贈或代孕媽媽的花費高達10萬美元。

其他人則認為這種觀點的缺點在於它沒有醫學依據。史丹福大學的法律教授和倫理學家漢克·格雷利說:「支持這項技術的人並不能真正說明這項技術的好處。」格雷利說,問題是我們已經能夠測試試管嬰兒胚胎的DNA,並選擇最健康的胚胎,這只需要4000美元。例如,一個患有亨廷頓氏病的男人可以用他的精子使伴侶的幾十個卵子受精。一半的胚胎沒有亨廷頓氏病,可以用來受孕。

事實上,有些人堅持對生殖細胞進行基因修飾,因為他們被一些錯誤的觀念所迷惑。加利福尼亞一家生物技術公司的執行長愛德華·蘭菲爾說:「我們認為生殖細胞的基因改造可以預防疾病,但事實並非如此。這樣做沒有醫學上的理由。人們會說我不想要那樣的孩子,我也不想要那樣的孩子。這是一個完全錯誤的想法。這項技術將用於一些不可接受的領域。

2014年的一項美國調查顯示,83%的人希望通過基因改造讓孩子更聰明。

批評者提出了許多擔憂。孩子們將被用來做實驗。IVF診所的父母會受到廣告的影響。生殖細胞的基因修飾將導致「活躍的優生學」,並鼓勵所謂的高質量基因的傳播。它會影響那些尚未出生的人,不管他們同意與否。美國醫學協會認為,現在不應該進行生殖細胞的基因改造,因為這將影響後代的福祉,並可能導致不可預測和不可逆轉的結果。

另一些人預測,難以對立的醫學應用可以被識別。一對夫婦可能同時患有幾種遺傳疾病,並且找不到合適的胚胎。不孕不育的治療也是可行的。有些人不生產精子。其中一個原因是遺傳缺陷。在Y染色體區域中的六百萬個DNA字母中的一個丟失了。年輕的澳大利亞醫生Werner Neuhaussser說,有可能對這些疾病使用基因修飾。

丘奇告訴我,驅動一切的是CRISPR技術的「難以置信的獨特性」。雖然沒有發現細節,但他相信這項技術可以改變DNA中的字母而不會產生副作用。他說,這誘使人們使用它。丘奇說他的實驗室不是關於製造或編輯人類胚胎,他說那不是我們的風格。

教會的風格是讓人類更強大。他提倡CRISPR技術不僅可以用於根除基因相關疾病。在熱衷於理解人類進化的下一步的「超人道主義者」的聚會上,丘奇介紹了10個基因的自然變異。如果人們天生具有這種遺傳變異,他們將具有特殊的體質或抵抗疾病。有一種基因變異可以顯著降低患心臟病的風險,還有一種基因變異可以預防痴呆,並在老年時保持敏感。

丘奇認為,CRISPR技術能夠給人類帶來有益的基因突變,使DNA編輯發揮疫苗的作用,並預防一些常見疾病。雖然丘奇說這種技術只能應用於同意使用它的成年人,但他顯然相信干預越快越好。

教會傾向於避免對嬰兒進行基因改造。但最終,他的建議是進行保護性遺傳增強。較早的干預,預防效果越好。如果我們可以非常廉價、安全和可預測地實現這種技術,那麼當然應該實現它。

有些人認為我們不應該錯過改善物種的機會。」人類基因並不完美,我們應該積極支持這項技術。美國公眾似乎也不反對這種觀點。在2014年8月進行的一項調查中,46%的成年人支持對嬰兒進行基因改造以減少患嚴重疾病的風險。(調查還發現,83%的人表示,如果這樣做能使嬰兒更聰明,那將是濫用藥物。)

其他人說,提高智商也是一個我們應該考慮的應用。牛津大學的哲學家尼克·博斯特羅姆也在考慮人類是否能夠利用生殖技術來提高人類的智力。雖然我們還不知道基因如何影響智商,並且有太多的相關基因可以輕易改變,但是這種高科技優生方法的前景似乎不是盲目的猜測。

如果每個人都更聰明怎麼辦?如果只有一些人能變得聰明呢?如果只有少數「超級」個人能通過他們的創造力和發現改變世界呢?根據博德斯特羅姆的說法,基因改良與氣候變化或國家的長期經濟規劃同樣重要,「因為人類解決問題的能力關係到我們所面臨的每一個問題。」

對一些科學家來說,遺傳學和生物技術的爆炸性進展意味著生殖細胞的遺傳修飾是不可避免的。當然,安全是最重要的問題。在對名為「母親」的嬰兒進行基因改造之前,必須對大鼠、兔子和可能還有猴子進行實驗,以確保它們都正常。但最終,如果利益大於風險,醫學界將抓住機會。Neuhausser說:「體外受精技術最初出現時也是如此。我們從來都不知道IVF出生的孩子在40歲或50歲時是否健康。但有些人不得不冒這樣的風險。」

「重瓶遺傳技術」

2015年1月,20多名科學家、倫理學家和法律專家來到加利福尼亞州的納帕谷,在葡萄園度假。他們由杜德娜召集,杜德娜是伯克利的一位科學家,他發現了如何使用CRISPR技術編輯基因。她已經意識到,並且已經開始擔心,一些科學家將渴望使用這種方法來對生殖細胞進行基因修飾。現在她想知道他們能不能停下來。

作為科學家,我們都知道CRISPR技術是非常強大的。但一切都有兩面性。我們必須確保它能被謹慎地應用。將其應用於人類生殖細胞編輯時應特別注意。

在1975年的Asilomar會議上,生物學家就如何安全處理重組DNA達成一致。在納帕會議上,是否應該就生殖細胞的遺傳修飾達成共識?杜德娜希望如此,但那時似乎不可能達成這樣的共識。今天,全世界有數百萬人從事生物技術研究。沒有權威為科學說話,也沒有簡單的方法把基因技術裝進瓶子裡。Doudna說,她希望至少美國科學家能達成共識,暫停對生殖細胞基因改造的研究。一些與會者說,他們將簽署一份聲明,澄清他們的共識,並在重要的科學期刊上發表。Doudna說,她希望如果美國的科學家能夠簽署這樣一個聯合聲明,這將影響世界其他地區的研究人員暫停他們的研究工作。

基因決定命運?

Doudna認為不僅應該中止胚胎改造的研究,而且應該停止使用CRISPR技術來改變人類精子和卵子。「我不認為這樣的實驗是合適的,」她說。我認為現在需要的是了解分娩的安全性、有效性和知識。我想我們可以在人類以外的動物身上做到這一點。

並不是每個人都認為生殖細胞的基因改造如此令人擔憂,這樣的實驗不應該停止。格雷利認為,在美國,已經有一些規定禁止實驗室修改嬰兒的基因。」我不想發布一個禁止安全的藉口,「他說。但格里利還表示,他同意簽署杜德納提出的聲明,這代表了本集團的共識。

隨著新聞媒體開始宣傳生殖細胞基因改造的實驗,一些使用CRISPR技術的生物技術公司意識到他們必須採取立場。IntelliaTherap.ics去年籌集了1500萬美元,用於開發CRISPR作為認知和兒童的基因治療。該公司執行長尼桑·伯明罕(Nessan Bermingham)說,生殖細胞的基因改造不是商業探測器。他說,他的公司可以利用其專利來阻止其他人將該技術商業化。

伯明罕說他從來沒有想到他會這麼快就對嬰兒的基因改造採取立場。重寫人類遺傳特徵一直是一種技術上的可能性,現在它突然變成了現實。但是人類不總是想要理解和控制人類創造的過程嗎?

Doudna說,她也在考慮這個問題。「它直指我們作為人類的核心,它讓我們想問一問,人類是否應該運用這樣的力量。這裡面有道德和倫理問題,但是一 個首先的問題是要理解,該走人類的生殖細胞基因,就是在改變人類的進化。」她認為因為停止這樣的研究,其中一個原因就是給科學家一個計劃,用更多的時間來 解釋,他們下一步可能會做什麼。她說,「大多數公眾都不知道即將發生的是什麼。」


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