基因剪刀的实际应用与伦理限制

作者: 田地

来源: 百科知识

发布日期: 2020-12-07

本文讨论了CRISPR-Cas9基因剪刀的实际应用及其在伦理和法律上的限制,包括其在农业、医学和动物基因改造中的应用,以及因脱靶效应可能带来的风险和伦理争议。

2020年的诺贝尔化学奖授予美国加州大学伯克利分校教授詹妮弗·杜德纳和在德国马克斯·普朗克感染生物学研究所工作的法国教授埃马纽埃尔·卡彭蒂耶,以表彰她们发明基因修饰方法CRISPR-Cas9。曾经备受关注的“基因剪刀”再次引发热议。

作为一种比较精准而高效的基因剪刀,CRISPR-Cas9在各个领域,如生物、医学、农业、化学等方面有着广泛的用武之地。这种基因剪刀可以用来删除、添加、激活或抑制其他生物体的目标基因,包括人、老鼠、斑马鱼、细菌、果蝇、酵母、线虫和农作物细胞内的基因,因此,它是一种用途极为广泛的生物技术。

在农作物方面,人们可以利用这一基因剪刀来生产抵抗霉菌、害虫和干旱的农作物,而且已经取得了不少成果。

2019年,肯尼亚国际热带农业研究所的雅因达拉·特里帕斯团队就采用基因剪刀CRISPR-Cas9剪切了一种大香蕉基因组中的病毒DNA,使其不再让香蕉产生条纹病。与未经基因编辑的大香蕉相比,经过编辑的大香蕉有75%没有出现香蕉条纹病毒症状,这也意味着即便暴露在干旱压力下,也能让这种香蕉不受病毒的侵害,让香蕉保产和增产。

在改造动物基因方面,基因剪刀也表现出了重要的价值。中国南京医科大学生殖医学国家重点实验室等机构的研究团队利用CRISPR-Cas9基因剪刀,首次在全球创造和孕育了两只靶向基因编辑猴。创造靶向基因编辑猴的目的是建立猴子疾病模型,用来模拟人类、试验药物和治疗遗传病,从而降低药物研究和以人为试验对象的风险。

2016年初,包括张锋在内的多个研究机构的团队利用CRISPR-Cas9基因剪刀来治疗动物的杜兴氏肌肉萎缩症遗传病,结果提高了它们的预期寿命和生活质量,这显然是为治疗人的杜兴氏肌肉萎缩症进行的动物试验。

此外,邱奇团队也正在利用CRISPR-Cas9基因剪刀来大量编辑猪的基因,去除猪的基因中对人有害的微生物,使其可以为人类提供器官,从而解决人体器官移植供不应求的现状。

CRISPR-Cas9基因剪刀同样存在短板和缺陷,最大的短板是它可能脱靶,即这一基因剪刀可能会在DNA错误的位置进行剪切,或脱离原有的设计目标,造成意外伤害。如果是用于治疗人的疾病,就有可能产生不可预控的严重后果。

2018年9月,《自然方法》发表一篇文章指出,在对小鼠的试验中,CRISPR确实能够成功矫正引发失明的基因,从而治疗小鼠的失明。但是,有两只接受基因剪刀治疗的小鼠的基因组中存在超过1500个单核苷酸突变以及超过100处更大基因片段的缺失和插入。这便是脱靶造成的后果,而且可能危及小鼠的生命。

目前已知有超过4000种遗传性单基因疾病,影响全球超过1%的新生儿。从理论上讲,可以利用CRISPR-Cas9基因剪刀剪掉致病基因,以预防这些疾病,让每个家庭都获得健康婴儿。这显然比胎儿出生前的基因检测更先进。

但是,在实际操作中由于CRISPR-Cas9基因剪刀有脱靶的危险,成功率并不高,用来治疗人类疾病有巨大的风险,对人类胚胎的研究不进行严格限制可能会导致不安全和不符合伦理地使用这种技术。

2018年,中国南方科技大学生物系副教授贺建奎团队利用CRISPR-Cas9基因剪刀编辑了胚胎细胞中与艾滋病免疫有关的CCR5基因,以使婴儿出生后具备先天性的免疫艾滋病的能力。研究团队称,首先是利用猴子胚胎和小鼠来进行CRISPR-Cas9编辑实验,取得预期的效果,并发现小鼠的组织及行为与正常小鼠没有显著差异。

2017年3月至2018年11月,贺建奎团队招募8对夫妇志愿者(艾滋病病毒抗体男方阳性、女方阴性)参与实验。最终有2名志愿者怀孕,其中一人生下一对化名“露露”“娜娜”的双胞胎女婴。

这一事件引发了巨大争议,由于CRISPR-Cas9基因剪刀存在不可避免的脱靶后果,将可能对后代产生其他方面的意想不到的危险,因此,这是一种违反医学伦理的严重事件。2019年12月30日,基因编辑婴儿事件在深圳市南山区人民法院一审公开宣判。贺建奎以非法行医罪被判3年有期徒刑,并处罚金300万元人民币。

CRISPR-Cas9基因剪刀固然有巨大的应用前景,而且也获得了诺贝尔奖,但是在应用于人和动物时,还存在巨大的风险,需要由人类的伦理和法律来监管。

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