在线可连线大富翁·“五年后的世界”:基因编辑技术将彻底改变癌症疗法

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在线可连线大富翁,时值年末,美国科技网站theverge.com对科技行业多位具有影响力的精英人士进行了采访,并于日前重磅推出了“五年后的世界”访谈系列。本文是其中一篇,受访者为加州大学伯克利分校生物化学家詹妮弗·杜德娜。

詹妮弗·杜德娜

你可能已经听说过基因编辑技术crispr-cas9,它通常简称为crispr。在造就先前发布的很多演讲和报道就是围绕着这种技术展开的。(为何高中生都能操作的基因编辑,会是诺贝尔级的神器?)这项技术诞生于2012年,其原理如同用剪刀剪切dna,然后插入或重新排列基因代码,随后将产生一系列科幻般的惊人效果:crispr能培育出不会传播疟疾的蚊子、肌肉异常发达的猎犬,甚至是体型袖珍的迷你猪。在癌症治疗方面,这项技术正在展开人体试验,方法是提取患者的免疫细胞进行基因编辑,然后把携带了“武器”的细胞重新植入人体,以达到捕杀癌细胞的目标。

加州大学伯克利分校的生物化学家詹妮弗·杜德娜(jennifer doudna)是crispr技术的主要发明者之一。在埃马纽埃尔·卡彭蒂耶(emmanuelle charpentier)、马丁·伊内克(martin jinek)以及克日什托夫·黑林斯基(krzysztof chylinski)的协助下,杜德娜改造了细菌用来对抗病毒的系统,发明了这项备受赞誉的基因编辑技术。我们采访了杜德娜,探讨了crispr对于未来科学发展以及疾病研究的意义。

虽然crispr技术是一项里程碑式的突破,但它也使人们对基因改造产生了诸多担忧,既有伦理方面的,也有现实方面的。杜德娜已经习惯于同公众讨论这些担忧。我们和她探讨了利用crispr来治疗疾病、保护濒危物种,以及创造真实版侏罗纪公园的可能性。

以下是访谈内容:

杜德娜:在普通人看来,crispr还处于早期阶段。很多人已经听说了这项技术,对这个缩写词并不陌生。如果我上计程车,我会听到司机说“噢,你研究crispr啊,我在新闻里听说过这个东西。”人们还在努力弄明白crispr到底是什么,以及对他们个人和对未来而言,它有何意义。

新技术往往需要花些时间才能对现实世界产生影响,普通人很难意识到这一点。从科研角度来看,crispr基因编辑技术的进步非常快。我的意思是,它刚刚诞生不过四年,就已经改变了科学家开展研究的方式。它还改变了商业版图,如今很多公司都在使用这项技术。但普通人很难明白需要多长时间才能真正创造出一种治疗药物。我和科学圈外的人士交谈时,一个非常普遍的话题是,我们需要多久才能研制出一项技术、一种药物、一种可以用于临床的疗法,甚至是一种彻底治愈疾病的方法?从现实意义上说,我们距离这个目标可能还相差十年,因为要确保它的安全性和有效性,需要花些时间。

杜德娜:对这个领域来说,今后五年将会非常引人关注。到2021年,我们肯定将看到更多的临床试验。目前,获得批准的试验全部与癌症有关。他们正在研究如何利用基因编辑来有效治疗癌症,也就是编辑患者的免疫细胞,让它们寻找并摧毁体内的癌细胞。这是一种激动人心的疗法,但我们还需要付出更多努力。我希望临床试验还可以着眼于血液、眼睛和肝脏方面的遗传性疾病,然后是那些影响其他组织器官的疾病。我认为,杜兴氏肌肉营养不良症是人们时常提起的一种疾病,囊肿性纤维化也是。

杜德娜:现在的基因编辑技术已经可以治愈镰状细胞贫血症,只不过是在实验室培养的细胞身上。这在几年前就已经做到了。现在的挑战在于,如何确保它在患者身上也能发挥同样的疗效。为此,crispr技术在血液细胞中必须达到很高的编辑水平才行。我们必须能够对造血干细胞进行编辑,让它们用不含镰状细胞特性的细胞重塑患者的血液系统。令人欣慰的是,目前很多实验室都在大力研究这个课题。我认为在这个领域,我们将继续看到很多进展。

很难预测到底需要多久才能做到这一点,但我和深入思考这个问题的临床试验同行进行过交流,我们都认为,今后两三年内,crispr技术有望取得多项突破,临床试验将由此成为可能。

杜德娜:研究各种囊肿性纤维化模型系统的试验已经在实验室取得成功。他们已经能够将基因编辑用于实验室培养的、反映囊肿性纤维化患者组织的样本中。现在,我们需要再次弥合实验室成果与临床试验之间的差距,确保安全性。这显然还有很多工作要做,但我们仍然感到兴奋,因为我们已经找到了头绪。

把crispr应用于人类胚胎的方法尚未得到全面探索,一是因为伦理方面的问题,二是因为我们也不知道如何去做。

杜德娜:值得注意的是,目前已有四个国家批准将crispr基因编辑技术用于人类胚胎试验。

把crispr用于早期人类胚胎是为了弄清楚这项技术的有效性和安全性,以及它是否具备所需特性,能够改变人类基因组,从而大体上达到治愈疾病的效果?根据那些试验的结果,crispr可能会激发人们更大的兴趣,也可能因为胚胎基因编辑的某些应用而面临压力。因此,目前就此进行公开讨论非常重要,即使现在这项技术还没有达到那种程度。我们如何确保crispr的应用符合伦理道德?

这做起来并不容易,但我确实有理由认为,未来——假设这项技术在人类胚胎方面的某些应用已被证明安全和有效——我们也许可以说,“在某些情况下,它在人类胚胎方面的那些应用并不违背伦理”。这取决于crispr技术的发展情况以及人们进行的严肃讨论。

杜德娜:说到这项技术令我感到不安的地方,我觉得是我们对基因的功能还了解得太少,尤其是基因之间的相互作用,不管是人类的基因,还是其他生物的基因。一个重要的未知问题在于,如果我们利用这项技术对胚胎的生殖细胞做出永久性改变,是否会产生意外的后果?这种后果也许几十年后才会显现,在这种情况下,如何进行相关测试?可以在动物身上测试吗?也许可以,但到了某个时候,你必须在人类身上进行测试。如何开展研究,从而为我们做出正确决策提供所需要的数据?这是一个充满挑战性的问题。

杜德娜:我确实有此担心,但坦白说,我对核武器的担心也不见得比它弱。另一些技术也非常强大,也可能被道德观各异的人利用。这的确令人担心,但这不是crispr独有的问题。

杜德娜:就这项技术而言,挑战大体相同,但也存在一些差异。例如,你可以更快地改变植物的dna,而且准确性远超从前。这意味着我们不是用化学物质对种子进行诱变处理,然后找出使植物具备所需特性的基因。坦白说,这就是当前的做法。如果掌握了充足的信息,我们就能按照需要,对基因进行精确地编辑,而不必去猜测植物dna可能发生的其他变化。这非常吸引人,但问题在于基因导入。我们如何把经过编辑的基因导入植物的dna?这极具挑战性。植物细胞有细胞壁保护,因此向植物导入基因更加困难。

crispr工具所做的就是在dna的特定位置制造一个缺口。然后,细胞会修复这个缺口。这就是基因编辑真正起作用的时候。在植物身上,这一点不容易控制。在动物身上也是如此。对于植物细胞的缺口修复机制,我们还不是很清楚。将来,了解这种机制将是一个重要的研究课题。

杜德娜:这可以在短期内实现。人们对此有着浓厚的兴趣,尤其是那些思考“如何利用技术来避免疾病传播”的基金会。寨卡、登革热和其他虫媒疾病会对人类产生巨大的负面影响。创造性地思考如何利用新技术来防治这些疾病,这一点非常重要。我们要以开放的态度对待这类生物引发的潜在风险,并确保适当的指导原则和监管程序必须得到遵守,以避免对环境造成任何意外后果。

我们可以在受控环境中将蚊子种群混合,通过这种测试方法,看看会发生什么。这就是自然选择法则,不是吗?如果某个生物在种群中具有繁殖劣势,那么它往往会在竞争中被同类淘汰。反过来也是如此。如果它具有繁殖优势,那么在其他条件相同的情况下,它往往会子孙繁茂。在经过基因修改的蚊子身上,我们已经观察到了这种现象。由于这些实验是在受控环境中进行,希望科学家能更好地利用技术来控制蚊虫特性,从而造福人类,并确保蚊虫种群长期保持这些特性,同时避免产生意料之外的不良后果。

杜德娜:人们对所谓的“反灭绝”很有兴趣,也就是利用基因编辑技术,对现有生物的基因进行改造,重新导入灭绝过程中丢失的基因,让已灭绝的生物获得重生。人们已经在想方设法复活猛犸象。猛犸象虽不是恐龙,但如果可以使它复活,也是相当酷的一件事。我和加州大学圣克鲁兹分校的贝丝·夏皮罗(beth shapiro)谈过这个话题。她在研究熊的进化模式,鸟类也是她的研究对象。让这些生物复活,并非没有可能。

而复活恐龙,难度则要大得多。我们不知道恐龙的dna序列。你可能还记得,在小说《侏罗纪公园》中,作者迈克尔·克莱顿(michael crichton)设定的故事前提是,琥珀里的昆虫体内保存了恐龙血液,从这些血液中可以提取恐龙的dna序列。不幸的是,dna是化学物质,无法保存6500万年。我觉得不太可能直接获得恐龙的dna序列,但我们也许可以把两栖动物和鸟类的基因信息拼凑起来,也许可以朝这个方向努力。我不知道距离复活恐龙还有多远,但可以肯定的是,我们将对恐龙dna的遗传特性有深入了解。

杜德娜:没错。我想说明一点,过去几十年里出现的很多技术都产生于基础性研究,crispr基因编辑技术也是如此。创造这些技术的不是某项专门性研究——这些研究往往是为了发明或发现一项技术、一个想法或一种见解——而常常是来自那些看似在从事另一个领域的科学家。他们通过观察环境,研究自身领域的数据,提出了自己的观点,而这种观点恰恰催生了新的技术或是对自然的全新认知。

我之所以想说明这一点,是因为在美国和世界其他国家,科学家被要求更多地从事应用性研究,专注于某个特定问题,比如治疗癌症和开展大脑意识研究,诸如此类。并不是说这些不重要,只是我认为,我们不能忘记一件事,那就是我们对自然界还不够了解,不知道下一种新技术或是新见解将来自哪里。我希望美国新一届政府能支持基础性研究,它可以让美国以及世界各地的科学家和研究人员为人类健康做出积极贡献。

翻译:于波

来源:the verge

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