基因编辑：“改写”生命

  与其说是河北科技大学副教授韩春雨的蹿红让基因编辑成为了“热话题”，不如说是基因编辑大潮来势汹涌，将韩春雨置身于风口浪尖之上。
  2016年刚刚过半，基因编辑技术的“大爆炸”就已迭代上演。
  韩春雨的Ng-ago技术问世还未足月，《科学》杂志再次宣布基因编辑又一新工具出炉。6月2日，哈佛――麻省理工博德研究所核心成员张锋等宣布，他们发现一种新的基于CRISPR系统的基因编辑工具，它以RNA为目标而不是DNA。新工具可提供新的、可调节的基因“敲除”能力。
  张锋同时也是Editas医药公司联合创始人之一，这家公司近日宣布2017年将把CRISPR应用于治疗莱伯先天性黑盲病的临床试验，这在基因编辑领域属全球首次。
  基因编辑技术不仅在“金字塔尖”闪耀光芒，众多看似平凡普通的实验室里，都在上演基因编辑的“造物”热潮。
  6月7日，新疆畜牧科学院宣布，他们使用基因编辑技术，在国际上首次获得不同毛色图案的细毛羊。
  技术门槛的不断降低，让全球每个生物工程实验室可以轻易拿到这场“基因编辑大赛”的入场券，争分夺秒的技术竞争已趋白热化。
  即便是伦理争议和未知风险重重，但行使“造物者”权力的巨大诱惑，让一些科学家不惜冒险打开编写生命的神秘魔盒。
  6月2日，哈佛大学教授乔治？丘奇等25名科学家在《科学》杂志上发文，宣布将筹集1亿美元，启动人类基因组计划的“非官方”后续项目――人类基因组编写计划。
  这可能会让那些对转基因食物心存疑虑的人更加困惑，甚至担忧；也可能会让坚信基因技术可以治愈癌症、艾滋病的人们欢欣鼓舞。
  不管个人好恶如何，对于生命而言，一个全新的时代已经来临。
  “基因剪刀”从何而来？
  1953年，剑桥大学科学家沃森和克里克向全人类第一次揭示了DNA双螺旋结构。这一所有生命共同的化学密码，掀开了生命科学的全新篇章。
  但人类基因编辑的历史则久远得多，选育一只花色更可爱的猫，培养一株产量更高的谷物……那些懵懵懂懂的“原始实验”从未间断。
  耗时费力，得来全凭“运气”的新性状物种选育，无法满足人类越来越多样和紧迫的需要。20世纪30年代，科学家们开始用X射线来照射种子和虫卵，使变异如同炸开的弹片一样在基因组内四散开来。在上百个由射线处理过的植物和昆虫中，只要有一例呈现出科学家们想要的性状，它们就会被保留下来，得到精心的呵护与培养；而剩余的则会被丢弃。红色果肉的葡萄柚和啤酒主要原料大麦，都诞生于此。
  一直到现在，科学家们仍常把种子和胚胎送入太空，期待它们在特殊环境下，发生人类期望的变异。
  这比人类从狼群中选育出家犬速度快多了，但在新特性出现之前，科学家仍然需要像远古人类一样祈祷“这一次能有好运气”。
  但CRISPR和Ng-ago等“基因剪刀”技术的出现，让在双螺旋面前“刀耕火种”已久的人类，第一次拥有了“上帝之手”。
  2007年，一家总部位于丹麦哥本哈根的乳品公司丹尼斯克公司的科学家找到一种能增强细菌防御噬菌体能力的方法。
  和大多数生物一样，细菌也会受病毒感染，这使它们成为噬菌体，也就是成为正常细菌的杀手。不过漫长的进化旅途也让细菌产生了应对之策：它们具备一种有高度适应性的免疫系统，细菌在遭遇噬菌体等病毒侵染之后，可以获得其部分DNA片段并整合进基因组形成记忆，并通过这一记忆片段对再次入侵的噬菌体做出识别和反击。
  这种可用来对抗入侵的病毒及外源DNA的免疫防御系统就是CRISR-Cas。
  利用这一基本原理将基因插入DNA的目标区域替代原有基因的过程，正是对基因的编辑和改造。来龙去脉实际上还要复杂很多，但多数公众无需读懂这段需要用晦涩艰深的专业语言才能讲述的过程。抛开科学家在显微镜下展示的复杂技术细节不谈，浅显易懂的结果是：这一“自带自动导航系统的微缩版小剪刀”能够实现任意基因在任意物种间的自由移植，甚至细菌的基因都能被植入人类的DNA内。
  颇为奇妙的是，这些“基因剪刀”能够改变自身的形状来截取DNA，并使用极其精准的分子手术刀将其切碎。
  更让人兴奋的是：这一技术不算昂贵，甚至“很简单”。
  韩春雨的新一代“基因剪刀”Ng-ago，更是将这一编辑工具的便利性推向新的高度：它规避了原有技术令人头痛的“脱靶效应”，几乎可以做到如六脉神剑般“指哪打哪”，能有效针对基因组内的任何位置进行定位并改造，让基因编辑技术实现“精准、简单操作”，再一次大幅降低了基因编辑门槛。
  改写“生命剧本”
  世界也许还没准备好，但改写“生命剧本”已经成为触手可及的现实。
  天生原本应该白白的小羊羔，如今一出生却与众不同：两只毛色纯黑，头顶部有白色斑点;两只毛色黑白相间像大熊猫的外衣;还有一只毛色是棕白相杂。
  给小羊羔“染发”的，不是化学试剂，而是“基因剪刀”。
  新疆畜牧科学院课题负责人刘明军说：“今后将有更多具有不同优良性状的，经过基因编辑的家畜新品种诞生。”
  几十年到上百年的选育过程，在“基因剪刀”剪裁下，再无需经年。
  问世不到5年的基因编辑技术，成果已经遍地开花。
  通过基因编辑，研究人员逆转了基因突变所致的失明，阻止了特定癌细胞的增殖，甚至帮助人体细胞免受HIV病毒感染。
  农学家们已经成功地让经过基因编辑的小麦抵抗白粉菌侵袭。生物工程师已经用基因编辑技术来改变酵母菌的DNA，让其分解植物组织从而生产乙醇。
  这些“基因剪刀”的“小实验”，让一些曾遥不可及的梦想曙光初现：再不用担心粮食作物无法适应环境变化减产绝收，地球90亿居民的口粮来源不再是难题；生物能也许将成为重要的能源来源，取代岌岌可危的化石能源体系……
  但还有什么，比为人类自己的DNA做次“美颜”更值得期待？
  2015年4月，中山大学生命科学学院副教授黄军就完成了全球首次对人类胚胎进行的遗传性致病基因的修复实验，引发全球关注。
  使用“基因剪刀”，代代相传，无法逃避的导致β型地中海贫血的基因被轻松“剪掉”。
  黄军就认为，人类的很多疾病与基因遗传突变有关，比如地中海贫血、遗传性眼疾、癌症、老年痴呆症等。运用基因编辑技术，人类未来可以“修正”突变的基因，根治这些疾病。
  如果说有什么能帮助人类超越“命中注定”的轮回，那基因编辑肯定是最现实的“法宝”。
  南京医科大学的戴一凡教授正在继续推进他的“基因编辑猪”迈向应用，通过基因编辑技术，他们育出基因改造的克隆猪作为异种移植的供体，以解决目前人体器官移植供体严重不足的现状。“我们将降低猪组织器官的免疫源性以及提高猪器官和人的相容性。希望能够在猪上长出人的器官，大大降低免疫反应。”
  前景看上去一片光明。人们甚至开始为了“图个方便”，随手“剪上一刀”。
  在美国，每年近80%的奶牛的角要被移除，以保护操作工人和其他奶牛。日前，一群研究人员宣称，他们成功编辑了奶牛基因组，将一种同不长角存在关联的天然等位基因引入奶牛胚胎――5头健康的小牛降生了，而且都没有长角。
  “基因编辑大有用武之地，但目前，我们仍不能把基因编辑技术‘神话’，以现有技术而言，‘基因剪刀’对单基因改造十分方便，但一些疾病由许多基因共同影响导致，精准编辑改造目前仍难以做到。”韩春雨表示，“这其中就包括许多癌症。”
  研究证明，糖尿病和一些癌症，受成百上千个基因调控。对于这种情况，基因编辑就只能降低患病风险，而不能完全预防或治愈疾病。
  “潘多拉魔盒”？
  在里程碑式的人类基因组计划结束10多年后，乔治？丘奇等25位科学家本月宣布筹资1亿美元启动人类基因组编写计划。
  人类基因组计划重点是基因测序，让科学家能够“阅读”基因组。而人类基因组编写计划的重点是构建基因，让科学家能够“编写”基因组。
  人类基因组编写计划的宏伟目标之一是，在10年内把合成大型基因组的成本降低为现在的千分之一。而近期目标是合成1％的人类基因组，并提出6个先导项目，包括构建特定染色体或复杂癌症基因型以更全面地模拟人类疾病、修改猪基因组以用于异种器官移植等。
  “人类基因组有30亿个碱基对，每个人之间有3000万个碱基对的差别。”人类基因组编写计划发起人之一，哈佛大学青年科学家杨璐菡说，“这些差别怎么让我们在外形、性格、体质以及生老病死上有不同，我们了解甚少，如果把生命比喻成一个黑匣子，人类基因组编写计划将让我们可以改变输入，观察输出，来找到生命的规律。”
  但在许多人看来，这个“黑匣子”很可能是个“潘多拉魔盒”。
  去年开始，包括中美在内的多国研究人员都尝试使用“基因剪刀”改写特定蚊子的遗传基因，最终减少乃至消灭特定蚊子品种。
  这一努力旨在消除多种蚊源性传染疾病。
  但由此引发的生命伦理争议不绝于耳：蚊子被消灭后，会否打破生物链平衡，引发可怕的“蝴蝶效应”？
  而这还不是全部，更为惊心的担忧是：这一技术可以消灭蚊子，也可以成为人类生存的威胁。
  不久前公布的美国情报界年度全球威胁评估报告中，基因编辑技术登上了“大规模杀伤性与扩散性武器”威胁清单。
  现实是，只需花费60美元就可以购买到基因编辑技术所需的基本材料。
  “基因编辑技术能否用来创造生化武器？我目前还没有想到非常有效的方式。”中科院植物研究所植物分子生理学实验室主任刘春明曾向媒体表示，“但是这个方式本身应该是存在的。”
  在韩春雨的实验室中，大肠杆菌是一种常用的试验用菌。通过克隆技术，这些细菌在20分钟之内就能从1变2，然后指数级增长。
  “这种细菌危险性也不容小觑，最初规范要求必须在负压实验室中才能使用，但现在已经在普通实验室里大量应用。”韩春雨表示，“科技是柄双刃剑，同样的克隆技术也可以被用来增殖更加危险的细菌，甚至成为生化武器。但显然，目前这种危险系数被控制在低水平。”
  “这需要建立严密的安全制度。”韩春雨认为，“对于国家而言，最好的防御就是加强研究，把主动权掌握在自己手中，让基因编辑技术服务人，保护人。”
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