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中國科學家實驗室內改造“蜘蛛人”:基因編輯修復缺陷胚胎
通過基因編輯技術對人體胚胎“動刀”獲得的“設計嬰兒”目前尚未走向臨床,但這不妨礙部分科學家在實驗室內進行基礎研究。
日前,國際學術期刊《分子治療》(Molecular Therapy)在線發(fā)表了上??萍即髮W黃行許教授和廣州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院劉見橋等人的最新研究成果,利用堿基編輯器技術成功糾正了人類胚胎中的馬凡綜合癥(Marfan syndrome)的致病突變。
馬凡綜合征這一疾病由法國醫(yī)生Antoine Marfan最先報告,并因此命名?;疾√卣鳛樗闹?、手指、腳趾細長不均勻,又被稱為“蜘蛛人”。這種疾病幾乎可以影響身體的任何部位,從松弛的關節(jié)、弱視到心臟壁上危及生命的裂縫。
全球每5000人中就有1人患有馬凡綜合征,患者大部分在30-50歲之間死于心血管疾病。目前,馬凡綜合征尚無特效藥,主要通過手術糾正病變減輕癥狀,但費用昂貴且不能根治。
具體來說,該疾病是一種常染色體顯性遺傳病,由15號染色體上FBN1基因(編碼原纖維蛋白1)中單個堿基突變(腺嘌呤A突變?yōu)轼B嘌呤G)引起。當FBN1基因發(fā)生突變時,人體骨骼中的軟質部分,即彈性纖維蛋白數量就會比正常人少一半,導致骨骼在生長過程中會變得異常長。
此番,黃行許等人選擇的“修正”工具并非是典型常用的CRISPR/Cas9基因編輯技術,而是采用了新型的單堿基編輯器BE。這也是中國科學家首次通過堿基編輯技術在人類胚胎上糾正遺傳疾病的致病突變。
堿基編輯器BE由基因編輯界大牛哈佛大學David Liu實驗室在2016年開發(fā)。通過在Cas9蛋白上安裝大鼠胞苷脫氨酶APOBEC1,Cas9的“剪刀”功能消失,不再切割DNA雙鏈,但仍能結合目標DNA片段,同時能將胞嘧啶C轉化為尿嘧啶U。之后,再通過第三種蛋白,讓細胞啟動DNA修復程序,最終使得C-G堿基對替換為T-A堿基對。
如果說CRISPR/Cas9被譽為“基因魔剪”, 堿基編輯器BE則更像是批改單個堿基的帶有橡皮擦的鉛筆。相對于CRISPR/Cas9,堿基編輯器BE更安全、脫靶效應也更低。
研究團隊在獲得得個體捐獻者的知情同意情況下,收集了臨床上廢棄的不成熟的卵子,并進行體外成熟,然后利用體外受精技術(IVF)將成熟的卵母細胞與馬凡綜合征患者捐贈的精子制備成能自行發(fā)育的人類胚胎。所有研究工作均取得了相關倫理委員會的批準。
16-18小時后,即1細胞期時,研究團隊對其中部分受精卵顯微注射含有校正sgRNA的BE編輯系統(tǒng)。測試組和對照組胚胎均在實驗室條件下存活了2天,以進行編輯效果測試。
研究得出,所有的18個測試胚胎均被編輯,無一例“脫靶”。其中16個胚胎僅攜帶FBN1基因經過修正的版本,而另外2個胚胎中發(fā)生了額外的不需要的編輯?!翱偟膩碚f,這項試點研究提供了概念驗證,并開啟了基于基因編輯的基因治療的潛力。”黃行許表示。
值得一提的是,世界上第一例對人類胚胎基因的編輯修改即由中國科學家完成。2015年,中山大學教授黃軍就發(fā)表論文,宣布利用CRISPR-Cas9技術試圖修改人類胚胎中的一個致病基因,該突變致病基因會導致嚴重遺傳病β-地中海貧血癥。
黃軍就當時所用的胚胎來自于當地醫(yī)療機構無法發(fā)育成嬰兒的缺陷胚胎。當年,黃軍就還被《自然》期刊評為十大年度科學人物。
2017年8月,《自然》在線發(fā)表了美國俄勒岡州健康和科學大學的俄裔研究員舒赫拉特?米塔利波夫(Shoukhrat Mitalipov)等人的成果,繼中國之后,美國也迎來第一批經過基因編輯的人類胚胎。
盡管類似的“設計嬰兒”研究在實驗室內屢屢出現成果,但這些經過基因編輯過的胚胎目前尚無可能存活太久。目前科學界普遍認為,應允許開展相關基礎研究,但還不能擴展到生殖領域的臨床應用。
劉見橋此番就提到,因倫理問題和相關法律法規(guī)的限制,以及研究可靠性、安全性的驗證等,這一技術距離臨床應用尚有一段距離。
此前的7月底,美國獨立性民調機構皮尤研究中心(Pew Research Center)對2537名美國成年人進行的一份調查表明,65%的人反對在人類胚胎上測試基因編輯技術;只有33%的人認為,為了發(fā)展基因編輯技術,在人類胚胎上測試這一技術是合適的。
有近60%的人認為基因編輯“非??赡堋睂е虏黄降燃觿。驗樵摷夹g只有富人用得起;54%的人表示,“雖然在某些情況下,運用基因編輯技術是合理的,但某些方面在道德上不可接受”;只有18%的受訪者表示,基因編輯技術的發(fā)展很可能“為整個社會的醫(yī)學進步鋪平了道路”。
不過,同樣在7月份公布的另一份報告,即英國納菲爾德生物倫理學協(xié)會發(fā)布的《基因編輯和人類生殖:社會與倫理問題》則認為,在充分考慮科學技術及其社會影響的條件下,通過基因編輯技術修改人體胚胎、精子或卵細胞細胞核中的DNA(脫氧核糖核酸)“倫理上可接受”。





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