近期,河北科技大學(xué)韓春雨團隊的NgAgo技術(shù)登上了國內(nèi)外的熱搜榜。這一技術(shù)是否可以實現(xiàn)基因編輯?是否可重復(fù)?現(xiàn)在眾說紛紜,還有待嚴謹?shù)目茖W(xué)論證,暫且把它擺在一邊不說。對于普通的讀者,基因已經(jīng)可以被編輯卻是一個令他們感到吃驚的“新發(fā)現(xiàn)”。這個黑科技究竟是什么?它現(xiàn)在發(fā)展到什么程度了?又能為人類帶來什么好處呢? 圖為韓春雨。基因編輯的鼻祖----基因組工程實際上并不是新興科學(xué),上世紀70年代它就已經(jīng)嶄露頭角。目前,人類已經(jīng)掌握了DNA的測序技術(shù)、克隆技術(shù),被認為是操縱DNA的技術(shù),我們熟悉的警方辦案過程就常常用到相關(guān)的技術(shù)。但遺憾的是這些技術(shù)不是效率較低,就是難以進入實際臨床應(yīng)用的領(lǐng)域。在過去幾年中, 以ZFN (zinc-finger nucleases)和TALEN (transcription activator-like effector nucleases)為代表的序列特異性核酸酶技術(shù)以其能夠高效率地進行定點基因組編輯, 在基礎(chǔ)研究、基因治療和遺傳改良等方面展示出了巨大的潛力。2015年,珍妮弗·杜德娜和艾曼紐·夏邦杰的團隊公布了一項編輯基因組的新技術(shù),叫做CRISPR-Cas9。通過這一技術(shù),科學(xué)家能夠改變細胞內(nèi)的DNA,治愈遺傳性疾病。這項技術(shù)具有成本低、操作簡便、快捷高效的優(yōu)點。它的橫空出世迅速擊敗ZFN和TALEN,成為了風(fēng)靡全球各大實驗室和科研機構(gòu)的有效的基因編輯工具。這是一種使細胞不斷記錄接觸過的病毒的機制。最重要的一點在于這些DNA片段會遺傳給細胞的后代,這樣就可以保護后代細胞免受病毒的攻擊。這使得細胞可以記錄下各種感染,就像細胞隨身帶著一張基因“疫苗接種卡”。令人吃驚的是,這一技術(shù)來自一項了解細菌如何抵抗病毒性感染的研究成果。細菌必須抵抗存在于它們生存環(huán)境中的病毒。而病毒性感染就好像定時炸彈,在它“爆炸“之前,細菌只有幾分鐘時間來拆除這個”炸彈“,因此許多細菌在其細胞內(nèi)都有一種叫做CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats,成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列)的適應(yīng)性免疫系統(tǒng),能夠探測到病毒DNA并將其破壞。 CRISPR-Cas9系統(tǒng)已經(jīng)成為目前最方便的基因編輯工具。(圖片來源:origene.com)它工作的原理是,一旦DNA片段被插入細菌染色體中,細胞就會復(fù)制出一小段叫做gRNA(向?qū)NA)的分子, gRNA與名叫Cas9的蛋白質(zhì)結(jié)合在細胞中形成類似哨兵的復(fù)合體,它會檢索細胞中所有的DNA找到與其內(nèi)部gRNA的序列相對應(yīng)的位點然后連接DNA,讓Cas9蛋白質(zhì)精確地切割掉病毒DNA。據(jù)悉,韓春雨團隊的NgAgo相較 Cas9可以通過直接合成比g RNA 的結(jié)構(gòu)更簡單的 DNA 序列導(dǎo)入細胞,無需構(gòu)建 gRNA 。此外, 該團隊還聲稱,NgAgo還極大地提高了基因序列的編輯能力。不論過程如何,在DNA雙鏈被剪斷后,細胞自身是有檢測和修復(fù)受損的DNA的能力。因此,科學(xué)家就可以通過破壞或者合并新的DNA來觸發(fā)細胞修復(fù)機制,從而達到治愈疾病的目的。這兩年,基因編輯技術(shù)已經(jīng)進入實驗階段,除在老鼠、猴子及其他動物身上開展活體實驗外,也有過少數(shù)在醫(yī)學(xué)臨床中進行治療免疫系統(tǒng)疾病的案例。比如,2015年底,英國一家兒童醫(yī)院的醫(yī)生利用基因編輯治愈了一例無法治療的白血病病人——他們先取出患病女嬰的免疫細胞,對其進行編輯,讓這些細胞既能殺死癌細胞又能耐受化療藥物,再將之注入患者體內(nèi),從而治愈了疾病。 多虧注入基因編輯過的細胞,英國這位患白血病的1歲女嬰蕾拉在生命的最后幾個月成功讓身上的癌細胞完全消除,實現(xiàn)了生命的逆轉(zhuǎn)。這是她與家人的合影。就在同年,中山大學(xué)黃軍就的團隊稱他們利用CRISPR編輯了人類胚胎(實驗使用的是無法存活、無法發(fā)育成人類個體的胚胎),對能導(dǎo)致遺傳病“β-地中海貧血”的缺陷基因進行了改造。而美國費城的科學(xué)家也成功地利用CRISPR技術(shù)從一個艾滋病患者的細胞中剝離出了完整的HIV的病毒。基因編輯技術(shù)的應(yīng)用,讓從前只出現(xiàn)在科幻小說和美國大片里擁有最強大腦、完美體魄的“增強版”人類,以及降低老年癡呆癥、癌癥等風(fēng)險的“定制版”基因不再是遙不可及的夢想。不過這樣的技術(shù)也引起了不小的倫理爭議,主要原因是因為它不僅能用于成體細胞,也能用于胚胎細胞,特別是人類的胚胎細胞。人們擔(dān)心,有人會借治療嚴重疾病的名義進行基因強化。科學(xué)家們也指出,基因調(diào)控機制的復(fù)雜性不是簡單的“一加一就等于二”,基因編輯不是“萬靈藥”。一些病癥往往受大量基因的調(diào)控,如果想要進行治療,可能要編輯無數(shù)的基因來降低患病幾率,值得注意的是,這里也只是降低幾率而不是完全治愈。此外,很少有功能單一的基因,而刪除或增加基因片段帶來的后果難以預(yù)計。比如說,刪掉CCR5基因可以讓人們免疫艾滋病病毒,但也讓他們死于西尼羅河病毒的風(fēng)險高上13倍。改造FUT2基因可能降低患I型糖尿病的概率,但也增加了感染諾瓦克病毒的風(fēng)險。《知識就是力量》雜志駐外記者蕾歐娜(歐洲)綜合自TED演講等信息,審校專家:廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院林圣彩教授和林志忠博士轉(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”。

韓春雨NgAgo技術(shù)有待科學(xué)論證,基因編輯究竟是什么?

圖文簡介

近期,中國科學(xué)家韓春雨團隊的NgAgo技術(shù)登上了國內(nèi)外的熱搜榜。這一技術(shù)是否可以實現(xiàn)基因編輯?是否可重復(fù)?現(xiàn)在眾說紛紜,還有待嚴謹?shù)目茖W(xué)論證,暫且把它擺在一邊不說。對于普通的讀者,基因已經(jīng)可以被編輯卻是一個令他們感到吃驚的“新發(fā)現(xiàn)”。這個黑科技究竟是什么?它現(xiàn)在發(fā)展到什么程度了?又能為人類帶來什么好處呢