基因革命 創行業

撰文 | Matthew Cobb

編譯 | 朱雅文

但更具實用性但更充滿道德爭議的技術是這場基因革命的第二環節：「編輯」人類DNA和其他生物DNA的能力。這項被稱為「CRISPR」的技術於2013年首次應用於人類細胞，並且已經從根本上改變了生命科學領域的研究方向。它幾乎在每個試驗過的生物物種上都有成效，並且現階段正在進行臨床試驗。艾滋病、白血病、鐮狀細胞性貧血可能會很快應用CRISPR進行治療。

CRISPR的故事是純粹出於好奇心的研究如何創造了巨大技術進步的典型案例。20世紀80年代,科學家們注意到,微生物的部分基因組包含有規律的重複DNA序列，近似迴文。（實際上只有少數的一些功能域在表觀上是重複並且內部呈迴文排列）最終這些序列被冠以縮寫「CRISPR」—— 規律成簇的間隔短迴文重複（clustered regularly interspersed short palindromicrepeats）。在重複間隙出現的DNA片段（間隔DNA）不是一些隨機的無用生物垃圾，這些片段來自病毒並被集成到了微生物的基因組，這一發現也暗示了CRISPR的功能。

這些DNA片段其實對微生物的生存非常重要。在2002年，科學家發現CRISPR激活了一系列的蛋白質—CRISPR相關蛋白質（也叫Cas蛋白），它可以攻擊和降解入侵者的DNA。在2007年，研究發現CRISPR序列和一種特定蛋白質組合（常被稱為CRISPR-Cas9）彷彿是微生物的一種免疫系統：如果一個特定的病毒DNA被混入微生物的CRISPR序列，微生物可識別出入侵的病毒並激活Cas蛋白剪斷外來入侵DNA。

這對微生物學家來說是非常重要的發現，但更令人興奮的地方來源於發現了CRISPR相關蛋白質可以被用於改變任何一個DNA來組成目標序列。2013年初，來自加州大學伯克利分校（由珍妮弗·杜德娜領導）、哈佛醫學院（由喬治·丘奇領導）和麻省理工學院Broad研究及哈佛大學（由芬·漢領導）的三組研究團隊分別獨立證實了CRISPR技術可以用來修改人類細胞。基因編輯由此誕生了。

CRISPR技術的潛力是巨大的。如果你知道一個有機體的DNA序列，你就可以進行截斷、刪除或是按意願修改操作，就像一個可以隨意進行文字編輯的文本處理軟體。你甚至可以用CRISPR技術引入額外的控制單元，例如，修改一個基因使其對光刺激做出反應。在實驗有機體上它能對基因功能的研究提供相當精準程度的控制，這使得科學家能進一步探索在生物體某生命階段或某特定環境下的基因表達結果。

但CRISPR技術的使用也有一些限制。一個是技術上的：使用CRISPR構建的特殊DNA序列很難被傳送到特定的細胞中以改變其基因結構。但一個更大更關鍵的問題則是道德上的：這項技術應在何時何地被使用？2016年，奧巴馬總統的國家情報總監詹姆斯·克拉珀將基因編輯和其廣泛的適用性比作大規模殺傷性武器。善意的生物黑客已經開始在網上出售能讓任何擁有高中生物知識的人都能編輯細菌基因的工具了。一場科技驚悚情節可能已經蔓延進了現實。

但對此我們還沒有一條清晰的解決之道，除了必須對此非常謹慎之外。有人堅決反對任何可能遺傳到後代的人類基因修改操作，這些操作被稱為生殖操縱，在卵子和精子或單細胞胚胎上進行的。（人類現階段所設想的應用CRISPR所進行的基因編輯，例如在血細胞進行的修改，並不會遺傳給下一代。）

儘管各國在法律法規上不盡相同，但目前來說，實施胚胎基因編輯仍被認為是錯誤行為，而且在2015年達成了非約束性國際禁令。儘管如此，人類第一個進行過CRISPR基因編輯的寶寶也無可避免的會在下一個十年誕生。最有可能的情況是，在經過移除特定疾病基因的情況下誕生的寶寶。

但有些人在和有基因缺陷導致疾病的家庭接觸的過程中，會逐漸改變看法。他們可能會認為：法律若禁止那些飽受基因缺陷折磨的家庭接受基因編輯，拯救他們本可以成長為健康人的孩子，是一件不道德的事。

但在另一方面，很多科學家和大部分公眾一樣，反對在人類生殖層面應用使人們變得更聰明、更漂亮或更強壯的基因編輯，但要想在補救和增進之間畫一條明確的界限是很難的。不過令人安慰的是，這些優生幻想並不能成功。這些特質都是極其複雜的，就算它們有遺傳因素，也都是由大量的基因組中每個少量基因群的共同作用來展現的，它們之間的聯繫方式也都還是未知的，因此幾乎不能實施，而且我們也並不想搞一場天馬行空的CRISPR創作大師賽。

但是，新技術確實有將「社會經濟的不平等復刻到我們的基因中」這樣的危險，因為富人有能力用其來改善後代而窮人則沒有。但現階段的建議僅僅是儘快開展國際生殖基因編輯指導計劃，希望研究者和製法者能找到「約束與自由的平衡點」。

然而這項技術令人憂慮的問題遠不止此，它的應用所能帶來的最危險的情況是：基因驅動的發展，尤其是在具有短代時（指個體生長中,每個微生物分裂繁殖一代所需的時間）的物種中，如害蟲。基因驅動是指人工DNA片段在人群中的迅速蔓延。不同於現有的轉基因技術，其修改的基因以相當慢的速度傳播且很容易從基因庫中消失。當應用了基因驅動，改變的基因會以指數形式在代際間增加，並迅速蔓延到整個基因庫。這項技術被科學家用於使蚊子不育或防止它們攜帶瘧疾，顯然能對流行病中的某些致命疾病造成顯著影響。每年有300,000兒童死於瘧疾，CRISPR基因驅動也許可以通過改變蚊子的基因組幫助到這些兒童。

斯氏按蚊,印度城鎮主要瘧疾攜帶者，科學家通過基因轉變實驗來研究其是否能變異為對瘧疾蟲不適宜的狀態。cc: Anthony A. James/UC Irvine

但基因驅動的問題在於，它基本上就是個可能帶來不良後果的生物炸彈。如果我們改變了蚊子的基因，讓它不再適宜瘧疾蟲，我們有可能發現，就像抗生素濫用的結果一樣，瘧疾蟲變異成了抵抗基因驅動影響的形態，這也意味著它也可能變成了對我們現有抗瘧疾藥物免疫的形態。與此同時，因為我們對生態還不夠了解，也無法做出準確預測，選擇性的把一種環境下的蚊子根除，可能就意味著對地區生態造成了巨大影響。現階段，沒有規章規定基因驅動是否或該怎樣發展。這實際上是全球性的問題，昆蟲遷徙容易，疾病也很容易在傳播的過程中變異。又因為這些昆蟲很容易穿越國界或進入新的生態系統，對一個地方很有效的方法到了另一個地方沒準就變成了災難。基因驅動的國際監管非常關鍵，但很多政府對此少有理會。

無論這些技術發展使我們感到興奮還是驚恐，我們也不能不去了解已經發現的事物。CRISPR已經加速了科學發現，使得基因操縱成為可能。它也將很快應用於醫療保健業，使一些致命或衰弱類疾病成為歷史。但並不是所有的疾病都能被輕鬆治癒，如杜鵑肌營養不良症可能會因在引入CRISPR技術後如何向所有細胞傳遞序列這一技術難題而徘徊許久，但要相信，我們已經真正進入到了一個嶄新的時代。

為了防止基因編輯走上反烏托邦的道路，國際必須儘快制定嚴格的管理指導方法，以保護我們的遺傳信息不受不法分子或商業的利用，防止不負責任地釋放基因驅動，並禁止任何形式的基因歧視。對這種歧視的反對應該成為各國社會所共有的基本道德原則。要達成這一結果的關鍵在於確保公眾和製法者充分了解這項新技術和它的強大應用性。

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