基因編輯技術先驅親述：CRISPR的倫理問題讓我徹夜難眠

知識 11-27

近日，「基因編輯嬰兒」引發輿論熱議。知識分子推出系列舊文，從患者、基因編輯技術先驅Doudna、生物學家等角度，討論基因編輯的技術與倫理。

Jennifer Doudna是基因組編輯技術變革的先驅。2015年將盡的時候，她撰文回顧了飛速發展的CRISPR–Cas9如何猝不及防地將她捲入一場倫理學風暴。在許多個不眠之夜後，她決定走出舒適的純科學研究，步入公開場合引導人們深思技術帶來的倫理和社會後果。

作者 ┃ Jennifer Doudna （美國加州大學伯克利分校化學與分子和細胞生物學系教授）

翻譯 ┃ 馬宗敏

校譯 ┃ 潘穎

插圖 David Parkins

大約20個月前，我開始出現睡眠問題。這距離我和我的同事發表細菌的CRISPR–Cas9系統可以用於基因工程這篇文章[1]差不多有兩年時間。

我驚愕於世界範圍內的實驗室如此快速地將這一技術應用於生物學的各個領域，從改造植物到改變蝴蝶翅膀的花紋，再到構建人類疾病的大鼠模型。與此同時，我卻忽略了對這一被廣泛採用的基因改造技術在哲學和倫理學方面的思考。

CRISPR結構模型

有一些諸如基因編輯技術是否應該被用於非醫學領域的問題，在我看來更多陷於主觀思考，離我所熟知的以客觀實在為依據的科研工作相距甚遠。我認為生物倫理學家們更擅長處理這樣的課題。跟其他研究者一樣，我更想致力於通過技術實現更多可能的科研工作。

然而隨著利用CRISPR–Cas9方法操控細胞和組織的研究不斷增加，研究者們不可避免地要在人類卵細胞、精子或者胚胎上試驗這一技術，以獲得可遺傳的改變。從2014年的春天開始，我總是在夜晚醒來，思考著在這場由我所推進的技術所引發的倫理學風暴中，我應否心安理得地置身事外。

基於細菌的研究：CRISPR–Cas9 是如何工作的

CRISPRs即成簇的、規律間隔的短迴文重複序列，是在細菌基因中發現的重複序列。這些序列中分布著細菌從侵入體內的病毒上獲取的特殊DNA片段，用於對入侵病毒進行基因標記識別。

當該病毒再次入侵時，細菌就能夠利用這段獲取的材料(病毒DNA)製造出與病毒序列互補的RNA片段，這個導向RNA(guide RNA)和DNA剪切酶Cas協作識別病毒片段並將其切除，從而阻止病毒複製。Cas酶由與導向RNA相連的CRISPR相關基因(CRISPR-associated genes)編碼。

通過設計導向RNA，使之與細胞基因組的特定位點相結合，研究者們可以將Cas酶定位到他們感興趣的基因位點進行切開，常用的Cas酶類型是Cas9。DNA切開將引發DNA的修復，從而使我們能夠對這一興趣位點進行精確的編輯。

亢奮日益增長

「希望你能坐下來，因為它有用得令人難以置信。」這是2012年12月一個同事在對CRISPR–Cas9展開實驗後給出的判斷，也是我自己實驗室的感受，也是當年秋天聯繫我們表達對該技術興奮之情的那些同行的感受。

通常情況下，一個新的分子生物學工具要經過很多年才會被廣泛採納。然而，到2012年底，僅僅在我和同事發表了關於CRISPR–Cas9的初始研究的幾個月後，就有至少6篇將CRISPR–Cas9應用於基因編輯的文章發表出來。

2013年初，關於這項技術可被用於編輯人類幹細胞基因和改造整個生物體(斑馬魚)的幾篇文章，成為浪潮的開端[2,3]。到2014年底，在一系列研究中，科學家們利用CRISPR–Cas9提高了水稻的抗蟲害能力，複製了特定染色體易位引起的小鼠肺部致癌效應模型，修復了成年小鼠的基因突變，該突變在人體中引起可遺傳的高酪氨酸血症。[4,5,6]

2014年2月，倫理學上的複雜問題出現了，有研究者利用CRISPR–Cas9精確改變了食蟹猴胚胎基因組(食蟹猴與人類在遺傳學上極其接近，常被用來製作人類遺傳疾病模型)[7]。這一遺傳改造的胚胎被植入母體後產生的後代食蟹猴，其體內大多數細胞都會攜帶遺傳改變，包括卵細胞和精子，這意味著人工的遺傳改變可以在食蟹猴的後代中傳遞。

基因編輯峰會支持人類胚胎領域的部分研究

對從我這尋求技術評論的記者所寫的文章，我保持著警覺。在讀完(食蟹猴)論文的預印本之後，我透過辦公室的玻璃久久凝望著舊金山灣，沉思著如果下一個記者來詢問我關於基因編輯技術被用在人類胚胎細胞上時，我將做何感想。我禁不住在第二天早餐時大聲問我的丈夫：「還有多久就會有人拿它用於人類了？」

這個時候，我不斷地收到面臨潛在致病性遺傳缺陷的人們的求助郵件。在一封郵件中，一位26歲的女士告訴我她被發現攜帶有BRCA1(乳腺癌易感基因)突變，這意味著她70歲前患乳腺癌的幾率大約為60%。她正在考慮摘除她的乳腺和卵巢，她想知道CRISPR–Cas9基因編輯新技術的出現是否意味著她該擱置這個摘除計劃。

食蟹猴的研究和病人及其家屬的來信使我產生很大壓力。每天都有大量的CRISPR–Cas9技術應用的文章湧現，我的收件箱里滿是同行研究者們尋求意見或合作的信件。所有這些對我的正常生活都產生了直接的影響。而我工作圈子以外的大多數人，鄰居們、親戚們和兒子同學的父母們對此幾乎一無所知，我感覺自己生活在兩個完全分隔的世界裡。

2014年將盡的時候，我的不安壓倒了我對介入公開討論的不情願。因為很明顯，政府、管理者和其他許多人並沒有意識到基因編輯研究已飛速發展到了何等境地。除了使用基因編輯技術的科學家們，還有誰能夠來引導對該技術後果的公開討論嗎?

掀起倫理爭議浪潮

我第一次遭遇嚴肅的倫理學問題的衝擊，是在2015年1月份參加的一個為期一天的加利福尼亞納帕谷舉辦的會議上。這次會議由我協助組織並由創新基因組計劃(IGI，Innovative Genomics Initiative)主辦。我們18個人(有科學家、生物倫理學家、一個電影製作人和加州大學伯克利分校的一位管理者)討論了基因工程對人類健康、農業和環境將產生怎樣的影響。我們還特別圍繞人類卵細胞、精子和胚胎等生殖細胞的基因改造進行了討論。

CRISPR：科學不能解決之難題

會議結束不久，我們就在Science上發表了一篇展望文章[8]，敦促全球科學界現階段避免使用任何基因編輯工具來改造人類胚胎用於臨床研究。我們還建議召集公開會議來教育非科學人士，並進一步探討基因工程的研究和應用如何能更加負責地開展下去。

從納帕谷會議開始，我在中小學、大學和公司里，以及遍及美歐亞的20多場會議上，總共做了60多次有關CRISPR–Cas9的報告。我還在美國國會上談論它，在為美國總統提供科學建議的白宮科學技術政策辦公室里談論它，還回答加州政府提出的問題等等。這些討論把我推離了讓我感覺舒適的科研領域。

我是一個生物化學家，我從未以動物或人類為研究材料，有許許多多的克隆、幹細胞和體外受精等研究領域的內在倫理學難題是我所不熟悉的。我對各國是如何規範那些涉及人類組織的實驗的知識，還是從我的幾位同事那裡學來的，比如歷史上是如何解決體外受精引發的倫理學爭議的。

這一年是緊張的一年，非常緊張。有時候我真的希望自己能從繁忙的事務中停下來，哪怕只有幾分鐘。我要優先保證出差和其它事務不打亂我實驗團隊的工作進程，然而我和團隊的工作卻越來越多地變成了在夜晚或者周末開會，要麼就是通過郵件和網路電話來溝通工作。現在，我再沒有時間干我熱衷的園藝工作，也不能和13歲的兒子去加州戶外遠足了。

三年前，同事曾經警告過我有關CRISPR–Cas9的研究爭議的浪潮已然掀起，而我不知道浪尖何時來臨。但是時近年終，已經有一些事情是我能夠確定的了。

擴大對話

只有18個成員(全部來自美國，大部分是科學家)的納帕谷會議只能算是擴大對話的一個起點。但是會議本身和它引發的評論都是很重要的。

2014年中期的時候，我開始擔心在科學家們與外界有足夠的溝通前，CRISPR–Cas9會被以危險或可能危險的方式使用。我不再怪罪我的鄰居和朋友們的埋怨：「你居然沒告訴過我們所發生的一切?」 Science發表的展望以及Nature不久前刊登的評論[9]都傳遞了這樣一個信息：引領這一工作的科學家們已經意識到他們有責任表達自己對這一應用的關切和擔憂。

世界上第一個CRISPR寶寶將在哪裡誕生?

4月份發表的一篇關於用CRISPR–Cas9改造非存活人類胚胎基因組的研究發表後[10]，爭論變得更激烈了，由此引發了之後一系列世界範圍內的聽證會和峰會。其中最有影響的是12月早些時候在華盛頓舉辦的中美英三國科研機構聯合主辦的關於人類基因編輯的一場會議。

當今，國際合作對科學研究影響很大，科學家們通過自我監督基本上能夠某種程度上把握科技企業的發展方向。在我看來，增強人們對科學信任感的最好辦法，就是鼓勵創新技術的研發者積极參与到新技術應用的討論中來。這在研究材料和試劑幾乎全部由主要知名供應商供應，公共數據更容易分享的科技全球化的當代世界尤為重要。

令我激動的是，基因工程會對人類生活以及對生物系統的深入理解產生積極作用。同行們還在繼續定期給我發郵件，討論他們在不同組織中應用CRISPR–Cas9 的研究工作——包括研製抗蟲萵苣、選育低致病性真菌菌株，或者是改造用於治療肌肉萎縮症、囊性纖維症和鐮刀型細胞貧血症的人類細胞。

但我也認為，當前的科學家們有更好的條件去考量和規範他們的工作給社會、倫理和生態帶來的影響。比如給學生物的學生們提供培訓，教給他們如何與非科學人士展開科學議題的對話是非常具有開創性的，而這方面的教育我從未正式接受過。至少，它能讓未來的研究者們感到自己為以後的工作做了更充分的準備。還比如，懂得如何遊刃有餘地發表一場有說服力的「電梯遊說」，來使別人在短時間內了解你的研究目標，以及知道如何揣測記者的動機並保證他們在新聞報道中準確地傳達信息，這些能力都對一個科學工作者來說有意想不到的巨大價值。

* 作者Jennifer Doudna和德國亥姆霍茲傳染研究中心Emmanuelle Charpentier因發現CRISPR-Cas9系統獲得了2015年生命科學突破獎。

參考文獻

1. Jinek, M. et al. Science 337, 816–821 (2012).

2. Hsu, P. D., Lander, E. S. & Zhang, F. Cell 157, 1262–1278 (2014).

3. Doudna, J. A. & Charpentier, E. Science 346, 1258096 (2014).

4. Wang, Y. et al. Nature Biotechnol. 32, 947–951 (2014).

5. Maddalo, D. et al. Nature 516, 423–427 (2014).

6. Yin, H. et al. Nature Biotechnol. 32, 551–553 (2014).

7. Niu, Y. et al. Cell 156, 836–843 (2014).

8. Baltimore, D. et al. Science 348, 36–38 (2015).

9.Lanphier, E., Urnov, F., Haecker, S. E., Werner, M. & Smolenski, J. Nature 519, 410–411 (2015).

10. Liang, P. et al. Protein Cell 6, 363–372 (2015)