國際深探
2017.08.05 06:41

「基因編輯神器」成功修復胚胎  「基改人」已經不遠了?

文|謝樹寬
奧勒岡健康與科學大學公布照片,實驗這捐贈的卵子在同時植入基因修正的蛋白酶和具有肥厚性心肌病致病基因突變的精子後,胚胎初期發育的過程。(東方IC)
奧勒岡健康與科學大學公布照片,實驗這捐贈的卵子在同時植入基因修正的蛋白酶和具有肥厚性心肌病致病基因突變的精子後,胚胎初期發育的過程。(東方IC)

美國科學家宣稱:基因編輯研究達成了新的里程碑。

他們利用基因編輯工具CRISPR系統,修復胚胎中有缺陷的基因。他們把一名患了先天性心肌肥厚症男子的精子,與女性捐贈者的健康卵子結合。實驗結果顯示,只要在胚胎受精初期用Crispr系統進行基因編輯,72%的胚胎不會出現致病的基因突變。

這項研究或許代表了,未來人們可透過基因編輯技術,修復胚胎中的基因缺陷,防患遺傳性疾病於未然。

這項研究,是由美國奧勒岡健康與科學大學(Oregon Health and Science University,OHSU)主持,主要研究者包括加州沙克研究院(Salk Institute)的貝爾蒙特(Juan Carlos Izpisua Belmonte),OHSU胚胎細胞與基因修復中心的米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov),以及南韓基礎科學研究院的金鎮秀(Jin-Soo, Kim)。研究結果刊登在最新的《自然》期刊。

主持基因編輯的主要研究者:(左起)沙克研究院貝爾蒙特,奧勒岡健康與科學大學米塔利波夫,南韓基礎科學研究院金鎮秀。
主持基因編輯的主要研究者:(左起)沙克研究院貝爾蒙特,奧勒岡健康與科學大學米塔利波夫,南韓基礎科學研究院金鎮秀。

這次實驗中,使用的胚胎發育五天之後便銷毀,也未植入女性子宮。不過這個實驗似乎意味著,我們創造出「基改」的人類已經不遠了。

Crispr-Cas9植入人類卵子。科學家以基因編輯技術修復胚胎中的致病基因。(OHSU胚胎細胞與基因修復中心)
Crispr-Cas9植入人類卵子。科學家以基因編輯技術修復胚胎中的致病基因。(OHSU胚胎細胞與基因修復中心)

這是強大的基因編輯工具Crispr-Cas9,第一次被用來修復常見遺傳疾病的基因變異。研究人員說,如果這個方法安全有效,未來將可避免把先天性疾病遺傳給下一代。

Crispr-Cas9是何方神聖?

Crispr-Cas9系統(Wikimedia Commons)
Crispr-Cas9系統(Wikimedia Commons)

Crispr-Cas9是極強大的基因編輯工具,它徹底改變了我們控制與修改DNA的方式。

它的應用的是基於細菌用來自我防衛,抵抗入侵病毒的一套系統。這套「工具組」最基本的形式是一小段的RNA(和DNA密切相關的基因遺傳分子)和名為Cas9的蛋白脢。RNA的成分被設定鎖住特定的DNA序列,Cas9的作用則如「分子剪刀」,將這段DNA剪下。

CRISPR-CAS

Crispr-Cas,全名為常間回文重複序列叢集/常間回文重複序列叢集關聯蛋白系統clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated proteins)。

它是存在於大多數細菌的一種後天免疫系統,用以消滅外來病毒並在自身基因組留下外來基因片段做為「記憶」。

當病毒入侵細胞時,Cas蛋白酶家族會辨識這外來的序列並擷取存放在自身基因組的Crispr array,當相同病毒再次入侵時,由Cas9把目標DNA的「雙股斷裂」(double strand break),而有效抵抗外來病毒。

由於其對DNA干擾(DNAi)的特性,目前被積極地應用於遺傳工程,做為基因體剪輯工具。

Crispr-Cas9實際上怎麼用?

在這篇發表的論文中,研究人員解釋了Crispr-Cas9用來修復人類胚胎中一個導致肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy)的變異基因——MYBPC3。

一般而言,基因編輯可把DNA的確切目標元素剪下,讓原本活躍的基因關閉,基因有缺陷部分也可以移除。

不過,這次在《自然》期刊發表的新研究似乎更進一步,因為它修改的是在細胞核心,會影響身高、面部外觀、眼球顏色、和智力等個人特徵的細胞核DNA。

缺陷的基因是怎麼修復的?

基因的修復靠的還是自然的神奇力量。

當一小段DNA從細胞剪取下來後,研究人員原本計畫用可修補斷裂的「模板」(template)DNA,來重寫基因的編碼。不過,目前的研究顯示,胚胎自有辦法。

這些胚胎細胞並沒有接受研究員的模板DNA,它們修復斷裂DNA利用的是來自這個實驗中捐贈卵子的,「功能正常的」遺傳基因。

這是否代表胚胎基因編輯可消滅遺傳疾病?

臨床上這個技術是否安全有效,還需要很多實驗研究。除此之外,改變發育中胚胎的細胞核DNA,目前在大多數國家仍屬非法。

專家指出,這類治療方式在納入考慮之前勢必要先修法,而修法過程又將涉及複雜的倫理議題爭議。人類胚胎的基因編輯一旦成真,成千上萬種人類遺傳疾病可能都可事先預防。

科學界對這項研究的評價?

基因研究的專家對著這個技術寄予厚望,不過對它的未來應用仍語帶保留。

倫敦國王學院的布勞德教授(Peter Braude)認為這個研究,顯示了基因編輯領域的快速進展。幹細胞研究專家羅維貝吉(Robin Lovell-Badge)強調這個研究並不是為了打造完美的「訂製嬰兒」。 他同時也指出,如果缺陷基因是來自母親而非父親,這項技術可能無法奏效。

羅維貝吉說:「目前還需要做的事仍然太多,因此它仍不該應用在臨床上。」

參考資料:

Crispr-Cas9:The gene editing tool scientists used to successfully alter DNA in defective embryos(Irish Examiner)

In Gene-Editing Advance, Scientists Correct Defect in Human Embryos(Wall Street Journal)

更新時間|2017.08.05 21:12

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