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基因编辑技术的现状与未来

时间:2019-09-04 04:40:11 浏览量:
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不久前,南方科技大学贺建奎教授对外宣布,一对名为露露和娜娜的女婴通过基因编辑技术,天然获得了抵抗艾滋病的能力。初次听到这个新闻报道,我的第一感觉是惊叹:基因编辑技术是什么?怎么这么牛?以后人类是不是都可以像小时候打疫苗预防乙肝、麻疹、破伤风一样,坦然面对艾滋病了?

无论如何,这项神奇的黑科技,应该会很快占领各大媒体的头条,受到大家的热烈追捧。不料我只猜中了事情的前半段,随后数百位中国科学发表联合声明谴责贺建奎这一行为……

基因编辑技术的现状与未来基因编辑技术的现状与未来

相信大家和我一样不解,为什么这种能够治病救人的新技术会引起这么大的争论?下面就让我为大家一层层揭开基因编辑技术的神秘面纱,以及我们人类可能面对的未来。

生命密码:DNA双螺旋

高中所学的生物知识告诉我们,人类有23对染色体,每条染色体上都有存储我们遗传信息的脱氧核糖核酸,即DNA分子。而组成DNA的脱氧核苷酸有4种不同的碱基:A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤),这4种碱基可以理解为,堆积木时4种不同形状的木块,正是这4种“生命的积木”的排列顺序不同,决定了地球上生物的多样性。

1953年是20世纪生命科学历史上最伟大的一年,正是下图的两个年轻人克里克(左)和沃森(右),发现了DNA的双螺旋结构,这一事件标志着分子生物学的诞生,也开启了人类遗传密码学的新篇章。此后,DNA复制原理、遗传信息传递、基因表达等揭示生命最本质的自然法则逐渐被大家所认知,上帝降临人间,生命的构造不再神秘。

生命编码:基因

生命的遗传代码就基因,即DNA上带有遗传信息的片段。关于我们人类,我很喜欢这样两个比喻:

比喻一是,人类是一本由DNA撰写的生命之书,每个人一生的故事都写在这本书中。这个比喻很文艺也很优雅,讲的是我们这个世界是多元的、包罗万象的,人类物种个体之间差别很大,每个人都是有故事的人。

第二个比喻是,人类是由四进制编码而成的生物,与二级制的机器人并无差异。这个比喻就显得既冰冷又残酷了,我们人类在茫茫宇宙中并没有什么特别之处,甚至与我们自身创造的非生命体——机器人,在本质上是相同的。《自私的基因》告诉我们,生命的遗传代码很大程度上影响着我们的高矮胖瘦、善恶美丑,也同样控制着我们的行为、思想和情感冲动。

基因编辑:“上帝之手”书写“生命之书”

自从我们人类认识了基因和生命发展之间的关系,就一直渴望着能够摆脱自然规律的限制和束缚,自由的改写这本“DNA生命之书”。基因编辑技术,就是对组成DNA的核苷酸顺序进行删除和插入等操作,按照个人意愿对基因进行重新编码。

基因编辑技术的发展分为三个阶段:锌指核酸酶(ZFN)与转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)分别是第一、二代基因编辑技术,由于早期的基因编辑技术是利用蛋白质来识别特定的DNA序列,识别率低、费用高,因此难以在普通医疗场所广泛应用。

第三代基因编辑技术CRISPR直到2012年才被科学家发现,这项技术的来源是,在自然界,细菌在与病毒的长期斗争中,演化出了一种特有的免疫系统,即CRISPR系统,能够定向切割病毒的外来基因。CRISPR系统通过向导RNA和DNA之间的碱基互补配对的方式对外源DNA进行识别,解决了基因编辑最重要的瓶颈——降低了脱靶切割的几率,减低了细胞毒性。

与第一代ZFN和第二代TALEN基因编辑技术相比,第三代基因编辑技术CRISPR的优势极为明显:低脱靶率、高效、经济实惠而且应用范围广。因此,这项技术被称为“生物医学史上第一种可高效、精确、程序化修改人类基因组的工具”,是基因编辑这顶皇冠上的明珠,应用前景难以估计。

基因编辑技术的应用

基因编辑技术目前已经成功应用在以下几个领域:

1、重塑动物性状,通过基因编辑技术可以为动物塑造出任何人类想要的性状。

如下图的无角乳牛和迷你宠物猪,通过敲除乳牛犄角表达的基因能够让奶牛原有生长犄角的性状不表达出来;通过敲除小猪生长激素受体基因,能够降低生长激素的活性,使猪的体重限制在15公斤以内,人类成为了名副其实的“造物主”。

2、植物育种,培育具有耐干旱、抗害虫、增产量的粮食作物。

3、治疗各类疾病,通过改造人类体细胞中的缺陷基因,对各类疾病进行紧缺治疗。

每年的12月1号是艾滋病日,也就是上周六,世界各国都会组织宣传和普及预防艾滋病的知识。趁着周末分享的机会,我来向大家介绍下基因编辑技术是怎么治疗艾滋病的。

艾滋病是通过HIV病毒破坏人体最重要的CDT4淋巴细胞,导致人体丧失免疫功能,最终人体会因为感染各种并发疾病,全身衰竭而死亡。而HIV病毒是通过免疫细胞表面的两个分子标记CD4和CCR5定位到淋巴细胞的,因此只要HIV病毒无法锚定CD4或CCR5分子,也就无法破坏人类免疫细胞。基因编辑技术正是通过剔除或修饰免疫系统内的CD4或CCD5基因,从而使淋巴细胞对HIV病毒感染产生永久抵抗力。

其实,这世界上真的存在对艾滋病免疫的人——高加索人,他们天生就没有CCD5基因,但生活完全正常,因此对高加索人而言,他们天生就不会得艾滋病。

争议:向左还是向右?

目前,全世界大多数国家禁止对人类生殖细胞或胚胎细胞进行基因改造,基因编辑技术的应用范围仅仅在人类的体细胞上,通过改造人类体细胞的缺陷基因实现对遗传性疾病的治疗,同时又不影响对患者后代的基因遗传。

在贺建奎事件之前,其实就有利用基因编辑技术治疗疾病的先例,那么基因编辑婴儿受到全社会的关注,大家主要在争论什么呢?

争论1:基因编辑婴儿触碰了编辑人类胚胎细胞的红线,目前对受精卵或早期胚胎进行基因编辑技术非常不成熟,基因脱靶可能会将错误的编辑的基因遗传给后代,经过若干代以后,这个基因可能会继续扩散导致人类基因库污染。

争论2:基因治疗和预防,再到基因修饰之间并没有明显的界限,一旦人类利用基因编辑技术预防疾病,就不可避免地被用来改善个体能力,比如专注力、智商等等。变革将至,我们离“新人类”还有多远?

争论3:在这项技术被运用到改造人体之前,人与人的差异可能只是物质层面的,至少大家在智力、人格、生老病死等方面没有明显差异,但是富人有更多的机会来改造自己各方面的能力,进化成为“新人类”,而穷人很可能因为无法支付基因编辑的成本,只能眼睁睁看着自己沦为低等生物,直至最终灭绝。

此类悲观的论调,听起来是不是很耳熟?当汽车、飞机刚开始出现时,总会有人担心传统的马车该何去何从?当机械自动化出现时,又有人担心机器会不会抢走我们的工作?但是技术一旦开始加速前进,就必然会失控,人类无法阻止技术继续发展,更别想重回田园牧歌时代,凯文·凯利早就在《失控》中为我们预测了未来。技术带来的问题只有靠不断发展新的技术才能解决,这是我们整个人类的宿命,或许最后只有共产主义产能才拯救我们。

既然如此,为什么不选择积极乐观地拥抱新技术呢?毕竟汽车、飞机的出现极大地方便了我们每一个人出行,机器的发展极大地提高了社会生产力,缩短了我们的工作时长。我们人类总会很快适应新技术,享受着技术带给我们便利的同时,却又担心更新的技术变革给我们带来影响,这听起来似乎没什么道理。

写在最后

抬头仰望未来的某一天,基因编辑技术会使我们免疫于各种疾病,地球上已经灭绝的生物也可以复活,我们可以将自己改造成梦中的样子,并最终实现真正意义上的永生——长生不老。

《创世纪》中,上帝创造了亚当,赋予了人类区别于其他生物的智慧,而今天,亚当的后代们不再需要上帝,他们自己想成为无所不能的上帝。

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编辑:夜樱
关键词: 基因编辑
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