陳根：基因編輯的倫理難題解決了嗎_風聞

文/陳根

我們知道，生物的性狀（形態特徵和生理、生化特性）由基因決定，受環境影響。基因是染色體上具有遺傳效應的DNA片段，DNA片段中的遺傳信息藴含在DNA鏈上的A、T、C、G四種鹼基上。此外，基因的表達遵從中心法則，從DNA轉錄得到mRNA，mRNA翻譯得到蛋白質，蛋白質直接體現性狀。轉錄遵循鹼基互補配對原則，翻譯時三個鹼基是一個密碼子，決定一個氨基酸。

**那麼，生物表現出的種種性狀，最終還是由染色體上的DNA序列決定的。**因此，DNA序列中的一些變化（插入、缺失、替換等）就可能造成表型的變化，引發代謝障礙，甚至引發疾病。

**據統計，****目前已發現有75000種突變與人類疾病相關，其中最常見的是單個鹼基的點突變。**例如為人熟知的鐮狀細胞貧血症，就是A到T的點突變；囊性纖維化最常見的病因是3個鹼基的缺失，而Tay-Sachs症最常見的病因是插入了4個DNA字母。

生命科學發展的內在需求推動着技術的進步與發展，為了真正解決致病原因，我們也迎來了基因編輯的登場。

基因編輯技術駛入快車道

**基因編輯在近幾年的快速發展，得益於CRISPR技術的突破。**六年前，包括Emmanuelle Charpentier博士、George Church博士、Jennifer Doudna博士和張鋒博士在內的幾位基因編輯先驅向世界展示了CRISPR基因編輯技術的巨大潛力。

CRISPR這把基因編輯剪刀最令人驚豔的是可接收人類編程指令，只搜索、綁定和剪切特定的DNA序列，這其中也包括人類的基因組序列。因為高效、便捷、適用範圍廣，CRISPR技術的突破使得基因組編輯的發展進入快車道，這也讓全球科學家、醫生和患者感覺到了基因編輯發展的巨大可能。

而面對世界上的數百種疾病，要治療它們，科學家們只需要把基因恢復到野生型的狀態，沒有必要去做基因敲除。例如，如果要通過直接糾正血紅蛋白突變來治療鐮狀細胞貧血症患者，不能簡單地切斷血紅蛋白基因，這會導致進一步的破壞。最好的方式，是能夠修複基因突變。於是，在科研人員長期探索下，一種名為“單鹼基編輯法”的全新基因編輯方法誕生了**。**

簡單來説，如果CRISPR-Cas9技術是基因組的“剪刀”，那麼單鹼基編輯方法就是“鉛筆和橡皮”，可以擦除並重寫基因中的一個字母。這種技術無需使DNA斷裂，就能完成基因的精準編輯。單鹼基基因編輯開啓了精準基因編輯的大門，也被《科學》雜誌評選為2017年年度突破之一。

**雖然已經向精準基因編輯邁了一大步，但是單鹼基編輯法依然有很大的發展空間。**單鹼基編輯能夠對點突變進行“微調”，但卻不適合修改大段的基因。此外，將一個鹼基更改為另一個鹼基的方法有12種，而這套單鹼基編輯方案只能進行4種修改（比如不能把T變成A）。

儘管單鹼基編輯法依舊具有許多技術難點和技術侷限，但這並不能否定單鹼基編輯對於鹼基編輯的意義重大。通過利用單鹼基基因編輯工具CBEs與ABEs中的相關元件重新設計整合，研究人員們構建成了同時能進行兩個鄰近鹼基CA→TG置換的雙鹼基基因編輯工具。

近日，Nature Biotechnology(NBT)雜誌連續推出4篇雙鹼基基因編輯技術的相關研究論文，其中兩篇分別由中科院遺傳發育所的高彩霞課題組與華東師範大學李大力課題組完成。這4篇論文中開發的雙鹼基基因編輯工具具有相似的結構，能對臨近的CA鹼基同時進行CA→TG的鹼基替換，實現雙鹼基基因編輯，且該工具有較好的安全性，對人類遺傳疾病的治療及動植物基因編輯、遺傳育種等都具有較高的應用價值。

這四篇論文的連續發表充分表明，鹼基基因編輯技術是目前基因編輯領域的熱點，也説明了鹼基編輯工具在未來將得到更進一步發展與完善，並更好地為科研與臨牀應用服務。

基因編輯的技術手段

隨着科研的深入，基因編輯技術也在不斷發展。

人們最熟悉的可能就是CRISPR-Cas基因編輯系統**，也叫“成簇排列的有規律間隔的短迴文重複序列”。**CRISPR-Cas系統作為細菌的獲得性免疫，用於抵禦噬菌體入侵。這一系統通過使用嚮導RNA（guideRNA），讓Cas酶能夠識別基因組中的特定序列，從而對DNA或RNA序列進行精準的切割。

當然，基因編輯工具並不只有CRISPR。Cre-lox介導的基因組能夠進行定位重組，Cre-lox重組技術源自大腸桿菌的P1噬菌體，目前被廣泛用於特異位點的基因服除、插入、叫轉和基因易位。利用基因水平對生物體進行定向遺傳改造，特別是在小鼠轉基因中，能提供複雜的基因表達時空控制。

**Cre-lox重組技木****簡約高效、特異性強、應用廣泛，且具有可控的時空特異性。**現已成功用於功能基因的激活、轉基因的篩選、基因的定點整合等。但是其缺點是只能在固定位置插入或刪除基因，不能實現對基因組中任意基因的編輯，因此操作會受限。

**鋅指核酸內切酶（Zincfigernucleases）能夠定向修飾靶基因，**鋅指核酸內切酶(ZFNs）是人工設計的含有兩個功能結構域的蛋白核酸內切酶，包括FokI切割結構域和重複鋅指結構組成的DNA識別結構域。每一個鋅指結構可以特異地識別3個核酸，6個鋅指結構就可以特異地識別18個核酸，從而決定了識別位點的特異性。

鋅指酶基因修飾定向高效、定點精確，可以在基因組範圍內實現定點敲入或敲除。**缺點是鋅指酶識別的目標序列長度是一定的，所以某些基因包括一些小基因和同源性高的基因，不可以被敲除，大片段基因難以通過鋅指酶技術敲入。**此外，鋅指酶具有一定的潛在脱靶效應。另外由於ZFN的合成時間長，裝配過程非模塊化，其實用性也受到了限制。但Sangamo公司在開發基於鋅指核酸酶的基因編輯系統方面已經積累了很多經驗。

除了以上三種，還有類轉錄激活因子效應物核酸酶(transcription，activator-like，effector，nuclease）能夠定向修飾靶基因。

類轉錄激活因子效應物核酸酶(TALENs）由來自植物病原菌黃單孢菌的類轉錄激活因子效應因子TALEs和核酸內切酶以及FokI的催化區域融合而成。高度保守的33~35個氨基酸TALEs重複組件決定了TALEs結合DNA的識別特異性。TALENs，性質與鋅指核酸內切酶相似，可識別特異的DNA序列。若將其剪切形成雙鏈缺口，通過同源修復或非同源末端連接修復，將會造成基因括入或缺失。

**TALENs，於2011年首次報道，代表了基因組工程的巨大進步。**一位經驗豐富的科學家六週才能製作ZFN，但新手可以在短短几天內製作一個TALEN。TALENs的可定製DNA結合特性還使得定製轉錄因子的設計能夠調節基因表達。

技術與倫理的平衡點

儘管基因編輯一直是醫學界的研究熱點，但在早些年並不被普遍知曉。直到2018 年 11 月，一則轟動全球科學界的核彈級新聞被報導出來——**“中國南方科技大學教授賀建奎使用了基因編輯技術，讓一對艾滋病免疫的雙胞胎嬰兒成功出生”。**研究人員正是使用可以剪貼DNA的基因編輯CRISPR ／ Cas9 技術，成功在胚胎階段完成DNA 定製化的嬰兒，使得“定製嬰兒”成功誕生。

這則新聞也引起了世界的軒然大波，甚至引導了全球的批評聲浪，“基因編輯”由此出圈。

已故的著名科學家霍金曾經在上世紀預言過，“人們因為經濟因素，研發出基改植物和動物。在未來，會有基因改造的‘超級人類’誕生。”

“定製嬰兒”雖然在現實中是首度出現，但基因編輯技術改造人類在電影中早已成為一個常見的題材。這種取代神的角色、挑戰道德的界線、瘋狂科學家的失控基因改造實驗，一直是人們內心深處的不安所在，也因此總是成為電影的最佳題材。

**基因編輯的技術發展和傳統倫理這些年也經歷了不斷拉扯的過程。**面對“扮演上帝”這樣的誘惑，並不是所有人都可以視而不見的。更何況，哪個人或是哪個國家先掌握了這項技術，或許就等於掌握了未來。

美國前任總統小布什曾禁止胚胎幹細胞研究長達8年之久，然而奧巴馬政府卻取消了對胚胎幹細胞研究的禁令；2016 年英國人工授精暨胚胎管理局批准一項有關人類胚胎基因編輯的研究申請，允許科學家以治療為目的複製人類胚胎；2011 年，中國科學家取人體基因植入乳牛的細胞，再借助複製技術，把經過基因改造的細胞胚胎，植入母牛體內，生產類似母乳成份的牛奶，並計劃於十年內大量推向市場。

**各種遊走在倫理邊緣的實驗，挑戰着人們對新技術的接受底線。**美國的Josiah Zayner原本是太空總署（NASA）的生物學家，之後“轉行”成為致力於讓生物科技平民化的生物黑客。後來，他使用CRISPR-Cas9對自己進行基因改造。他自行設計了一套基因療法，以針劑注射方式剔除肌肉生成抑制素基因，希望增強自己前左臂肌肉，並且整個過程由網絡直播。

**人類已經****來到了可以決定生命進化的臨界點，問題在於人類是否能帶着責任心去使用這個可以幫助自己的新力量。**即使出現了定製嬰兒，在面臨巨大的倫理挑戰的情況下，我們也不得不承認，這項技術的潛力依然非常龐大，因為它可以治療癌症、不治之症以及那些長期危害人類生命的疾病，它是能帶來希望的技術。

考慮到科技的飛速發展，或許基因編輯會比我們想象地更快在醫療前線佔有一席之地。****但在此之前，在法律、制度與倫理的問題上，社會還需要有一個良性的平衡。而政府、企業和個人也需要提前思考該怎麼準備，才能從容面對由這些變化所帶來的未來社會。