离你不远的基因工程：技术、潜力、风险、和伦理

当我们还在争议转基因食品的安全问题时，基因工程改造人类自身的技术已经悄然来临。这是包治百病的灵丹妙药，还是万劫不复的潘多拉盒子？不管你喜欢与否，基因工程正在全面靠近我们的生活。卓越的判断来自准确的认识。这里，知社学术圈和你一起，了解基因工程的技术、潜力、风险、和伦理。全文分为以下五个小节：（一）基因编辑方法；（二）基因疗法的潜力；（三）潜在风险；（四）中国学者工作的伦理之争；（五）现状与未来。

近期，中山大学黄军就团队在世界首次报道成功编辑修复人类胚胎基因，引起广泛的关注和不小的争议。那么，人类基因编辑技术究竟是怎么回事？有可能被用于治疗什么样的疾病? 又存在哪些风险和伦理争议呢？知社学术圈和你一起做一个全面的了解。

一. 基因编辑方法

当前，基因编辑包含以下三个主要步骤：

1. 选取特定DNA序列作为靶向目标

这有两种方式。如果采用TALENs或者锌指基因编辑技术，需要设计特定的蛋白以结合到需要进行编辑的基因序列上。这类蛋白设计需要几年时间才能完成。如果采用CRISPR技术，则只需要与靶向DNA互补的RNA，几天就可以完成。

2. 剪切靶向DNA

这部分相对简单，用酶剪切选择好的DNA序列即可。

3. 操纵DNA修复系统

细胞自己会用距离最近的配对DNA作为模板，修复被剪切的DNA链。因此，如果你提供了DNA模板，就可以诱使细胞发生你所想要的变化，达到编辑修复的目的。

二．基因疗法的潜力

最初的基因编辑方法大概在30年前发展，到如今已经经历了漫长的时间。如今此项技术已经完善到可以应用于人类的疾病治疗，从而揭开了基因修复和药物的全新领域。

2.1

基因编辑治疗艾滋病

基因疗法在美国已经开始进入临床试验。目前，有四个美国诊所正在进行针对艾滋病的基因编辑治疗尝试。HIV利用T免疫细胞表面的受体CCR5，毁坏T免疫细胞。如果能破坏CCR5的基因，就可以阻止HIV的传染。去年，研究者用锌指核酸酶的定制蛋白，定位破坏了12位HIV感染者的T细胞CCR5基因，从而提高了他们对病毒的抵抗力。在新的临床试验中，研究者敲除了产生T细胞的干细胞中的这个基因，从而有可能一劳永逸的根治HIV。

这个试验也为使用基因编辑治疗其它疾病铺平了道路。例如，另一个即将开始的试验将针对镰刀形细胞贫血症进行。这种病的红血细胞中携氧血红蛋白不正常，而基因编辑技术将激发另一种发挥同样作用的蛋白将其替换。

2.2

基因编辑治疗遗传病

国外一些研究团队已经开始探索用基因编辑制造遗传变化的可能性。最近，有研究者证明用基因编辑能够消除雌性小鼠传递给后代的线粒体中的突变。 线粒体在细胞中产生能量，有自己的一套DNA，与细胞核中的不同。线粒体突变能够引起一些目前不可治愈的疾病。今年早些时候，英国批准了线粒体替代疗法。其中一个轰动新闻就是创造了有三个父母的孩子，其健康的线粒体来于父母之外的第三个人，从而能预防此类疾病继续遗传。

使用基于定制蛋白TALENs的基因编辑技术为人们治疗此类疾病提供了新的方式。这种蛋白可以抓住突变线粒体中的DNA，并将它们破坏，而不损害健康的线粒体。许多可能遗传突变线粒体的女性都携带有正常和突变的两种线粒体。TALENs蛋白可以降低它们卵子中突变线粒体的数量。只有当突变线粒体数量打到一定阈值时，有害作用才会发生。因此，这种方法足够预防他们孩子得这种病，甚至他们的家族世代。

三、潜在风险

然而基因编辑技术也存在不小的争议。上个月，一些从事成人细胞基因编辑工作的研究者呼吁签署一个备忘录，规范胚胎基因编辑，因为这对后代可能会有不可估量的影响。哈佛大学David Liu说“基因编辑既给了我们巨大的希望，也存在极大的潜在危险。” 几乎所有的编辑技术都有修改非靶向DNA序列的可能。他说“有些偏离目标的基因组修饰很可能导致负面的生物学后果。

英国纽卡斯尔大学Robert Lightowlers则指出，针对线粒体的基因编辑技术也并不是毫无风险的，降低突变线粒体数量能否长期有效目前也不是很清楚。研究中的TALENs蛋白看起来仅对靶向的特定线粒体起作用。但是一旦即使极少量的蛋白进入细胞核，改变核中的DNA，后果可能都是极其严重的。美国加利福尼亚Salk生物研究院的Juan Carlos Izpisua Belmonte参与了TALENs的研究项目。他们计划将其应用于人的卵母细胞，以检测这项技术的安全性。

四、中国学者工作的伦理之争

近期，中国科学家黄军就团队宣布，已经成功编辑了人类胚胎细胞核中的DNA。这一工作涉及过去几年发展起来的CRISPR/Cas9技术。与传统的基因编辑技术相比， CRISPR/Cas9要快很多，所以它有可能极快地加速研究进度。尽管潜力很大，要将 CRISPR/Cas9应用于临床，治疗未来后代的DNA遗传疾病仍然还有漫长的道路要走。黄军就团队的研究揭示了该技术很多潜在的问题。在86个注射的卵子中，仅有4个是成功修饰的，而且产生的胚胎是修饰过细胞和未修饰过细胞的混合体。这有可能是因为研究使用的是由两个精子与同一卵子受精产生的不可独立存活的胚胎。研究者指出，使用这样的胚胎，是因为伦理道德不允许使用正常的胚胎研究基因编辑。但是即便如此，也没能阻止人们批评指责这项研究。

那么，这项研究究竟是否违背伦理呢？

要回答这个问题，首先需要回答，这项研究是否对他人和社会带来危害、或者是潜在的危害。答案显然是否定的。研究使用不能存活的胚胎细胞进行，得到捐赠人的书面许可，这显然没有损害任何人的利益，也完全不会生产出所谓基因工程婴儿，并通过遗传影响后世。这只是在实验室里的一项科学研究，其本身没有任何负面后果。相比之下，转基因食物是切切实实地影响着社会和大众。

那么，这个工作是否有必要进行呢？前面已经提到，基因编辑有可能治疗各种疾病，特别是遗传疾病。这对人类社会的潜在回报是巨大的，但风险也不容忽视。正因为如此，这一类不影响他人的基础研究变得特别必要。只有在完备的基础研究之上，才有可能讨论未来临床应用的利弊、伦理、和监管。否则一切都是毫无依据。

再者，这个工作是否符合现有伦理规范和国际惯例呢？答案也是肯定的。研究得到了中山大学监管部门的审批，有胚胎捐赠人的许可，符合中国法律，满足人体医学研究伦理的赫尔辛基宣言，也满足国际惯例（即针对人类胚胎细胞的研究是可以进行的，但细胞不能生长超过14天；知社学术圈）。当然美国NIH声称不会资助此类项目。相信黄教授也没有向其申请经费。

最后，国内外许多学者都认为这一研究不违背伦理，并捍卫这一基础研究。例如，基因编辑伦理学专家，日本的Tetsuya Ishii指出“他们的研究程序符合伦理规范。” 哈佛大学Daley指出该工作符合干细胞研究人员制定的人类胚胎细胞研究国际准则。这一论点也得到哈佛大学George Church的认可，即这一研究没有违规。清华大学Kehkooi Kee则指出，中国的相关监管，和美国的没有本质的不同。

那么，这项研究为什么还会引起国际争议呢？这是题外之话了，大家自己琢磨吧。

五、现状与未来

尽管存在这些争议，据报道至少一个美国团队和几个中国小组仍然在进行人类胚胎基因编辑的研究工作。有一件事情是很肯定的，不管你是否喜欢，基因编辑技术正在走出瓶子，走向我们的生活。让知社最后再回顾一下基因编辑的现状。

1. 通过修复成人基因治疗疾病：目前正在进行人类临床试验

好处：能够用来治疗所有的疾病和失调症。

风险：如果错误的DNA被修改，细胞可能会癌变。

2. 通过破坏突变线粒体预防疾病：即将开始人体细胞试验

好处：不需要线粒体捐赠者就可以预防线粒体类疾病

风险：影响是可遗传的，所以在伦理上存在争议。

3. 通过修饰胚胎基因预防疾病：正在进行人体胚胎基因试验

好处：可以预防许多遗传疾病

风险：存在巨大的伦理争议，离临床还很遥远。

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