2001年，人類基因組工作草圖發表，成為破譯人類遺傳信息的重要里程碑。雄心勃勃的人類基因組計畫，與曼哈頓原子彈計畫、阿波羅登月計畫一起，並稱為人類自然科學史上的三大計畫。與前兩個計畫不同，人類基因組計畫研究重點從製造原子彈和探索外太空轉向了探究人類自身。當今的生物科技，特別是基因測試和DNA測序，已經產生了一系列急需討論的生物倫理學議題。從克隆羊多利，到基因篩選，再到無癌寶寶，定制嬰兒，科學的進步不斷衝擊人類的認知邊界和道德底線。隨著醫學的進步，「設計嬰兒」或21世紀版的優生學已引起科學家們的廣泛關注。科學家認為通過調節人類基因組可以得到基因改造的完美嬰兒。牛津大學人類未來研究院院長、哲學教授尼克·博斯特羅姆(Nick Bostrom)在其新書《超級智能》(Super Intelligence)中認為，基因是創造超級智商人類的關鍵。科學家預測未來人類可能擁有類似超人的認知能力：「人類將立刻具有天才般的能力、近乎完美的圖像和語言能力、超快的思維和推理能力、強大的幾何可視化能力、甚至更高的維度、執行多項分析或訓練平行想像能力等。」
自從染色體在生命中所起的重要作用被發現以來，科學家們都一直夢想能夠通過直接編輯基因進而從根本上治療疾病。人體內已命名的基因共有25000多條，目前已知一部分基因（3000）的突變會引起各類疾病。對於此類疾病的治療，最本質的手段是通過一些方法將突變後的遺傳物質矯正回原來的狀態。這類方法被稱為遺傳療法（genetic therapies）。目前最廣泛的遺傳療法手段為：1. 以病毒載體感染方式引導的源基因導入；2. 以RNA干擾方式引導的目的基因表達下調。基因編輯技術（genome editing technologies）是近年來發展起來的可以對基因組完成精確修飾的一種技術，在疾病治療方面的應用模式主要為：矯正/沉默有害突變，插入保護性突變，加入治療性基因以及敲除病毒DNA。北海道大學的Tetsuya Ishii去年發表綜述指出，近年來飛速發展的基因編輯技術（主要是CRISPR）非常簡單，很容易在生殖診所中使用。Ishii最擔心的是美國和中國。生殖細胞基因編輯在美國並沒有被禁止，只是需要政府批准。中國雖然有相關禁令但執行起來可能並不容易，比如說用超聲鑑定性別就沒有完全被控制住。而且中國的靈長類基因編輯發展得最為迅速。
目前，基因組編輯有三大技術：CRISPR/Cas9、TALEN和ZFN。ZFN，TALEN以及CRISPR/cas9核酸內切酶均能夠特異性地識別與切割特定的DNA序列，引起DNA雙鏈斷裂（DSB）。CRISPR-Cas9基因組編輯技術是基於原核生物內源性的免疫反應。當原核生物遇到外源的核酸比如病毒基因組或者質粒的時候，一些原核生物把一部分很短的外源序列整合到自己的一個或者多個CRISPR位點，接著CRISPR位點被轉錄加工生成CRISPR RNAs (crRNAs)。crRNA接著會引導DNA剪切酶Cas9根據序列互補的原則剪切未來入侵的外源核酸序列。此外CRISPR-Cas9還能精確地在指定位點引入外源核酸序列， 與傳統的TALEN和ZFN技術相比，CRISPR/Cas9系統更便捷、高效，應用也更廣泛，目前該技術成功應用於人類細胞、斑馬魚、小鼠以及細菌的基因組精確修飾。目前已發現三種不同類型的 CRISPR/Cas系統，存在於大約40%和90%已測序的細菌和古菌中。其中第二型的組成較為簡單，以Cas9蛋白以及嚮導RNA(gRNA)為核心的組成。由於其對DNA干擾(DNAi)的特性，目前被積極地應用於遺傳工程中，作為基因體剪輯工具。
由於CRISPR/Cas技術作為一種最新湧現的基因組編輯工具，能夠完成RNA導向的DNA識別及編輯，為構建更高效的基因定點修飾技術提供了全新的平臺，受到眾多科學家的追捧。2006年的諾貝爾獎獲得者Craig Mello在接受美國國家公共電臺採訪時對CRISPR/Cas9讚不絕口；此外，在Cell雜誌盤點的2013年度最佳論文中，CRISPR/Cas9也榮登榜單。一場圍繞CRISPR-Cas9的專利大戰也隨之打響了，兩個團隊分別號稱自己最先發明瞭這項技術。來自加州伯克利大學的Jennifer Doudna教授和德國亥姆霍茲醫學研究中心的Emmanuelle Charpentier教授領導的合作小組最先在《科學》雜誌上報導了利用CRISPR-Cas9進行基因組編輯的技術。他們正在申請一項專利，包含了該項技術在不同種類細胞中的大量應用的155項聲明，同時他們聲稱該專利的優先日期是2012年5月25號。而來自麻省理工（MIT）的張鋒小組也利用CRISPR-Cas9在真核生物上進行了基因組編輯,張峰也申請了專利，專利的優先日期是在2012年12月12號，更為重要的是，專利已經被批准發行了。 此後，和CRISPR-Cas9相關的專利如同雨後春筍般冒了出來，僅張鋒這一個團隊就已經獲批了8項專利，都是通過"快速通道"獲批，廣泛涵蓋了該項技術的各種應用。有些專利更是指向某些特定應用，比如有一項專利是專門針對CRISPR-Cas9技術在治療亨廷頓舞蹈病上的應用。
用CRISPR技術編輯人類胚胎有多容易呢？「任何掌握分子生物學技術和胚胎髮育知識的科學家都能完成這項工作，」曾於2012年參與發現用CRISPR技術編輯基因的生物學家Jennifer Doudna說。哈佛醫學院George Church的實驗室裡研究人員正在賦予大腸桿菌一些自然界從沒有見過的基因。年輕的博士後Luhan Yang是一個來自北京的年輕人，是編輯CRISPR-Cas9基因技術的重要參與者。Yang和Church一起創辦了一家小公司，從事豬和牛的基因改造，加入優良基因，去掉劣質基因。號稱聚集了眾多世界一流生殖學博士的OvaScience生物技術公司也在致力於這方面的研究。這些研究團隊的目標是，闡明有可能使兒童沒有某些特定的會引起遺傳病的基因。如果有可能糾正女性卵細胞或男性精子中的DNA，就可以在體外受精中用這樣的生殖細胞生成一個胚胎，然後發育成一個嬰兒。也有可能用CRISPR技術直接編輯早期發育階段的體外受精胚胎的DNA。《MIT技術評論》採訪的幾位科學家說，在中國已經在進行這樣的實驗了，介紹基因改造後的胚胎髮育狀況的文章也即將發表。這些人不願意公開自己的身份，因為這些文章還正在審核之中。這一切都意味著，生殖細胞基因改造研究的進展已經超過了所有人的想像。
Salk研究所的發育生物學家Juan Carlos Izpisua Belmonte正在用基因編輯技術去除線粒體的致病突變，他的研究對象是未受精的卵子。未來，經過線粒體修飾的人類卵子可能會用於IVF試管嬰兒，防止後代從母親那裡遺傳到線粒體疾病。近期MIT Technology review發表了一篇新聞報導，討論了哈佛大學George Church實驗室中中國留學生楊璐涵關於利用Cas9技術編輯人類生殖細胞的問題，文章發表之後獲得廣泛關注。楊璐涵作為第一作者在Nature Communication上發表Targeted and genome-wide sequencing reveal single nucleotide variations impacting specificity of Cas9 in human stem cells文章中闡明瞭可以通過對個人進行全基因組的深度測序分析從而進行更加個性化的Cas9位點設計，從而運用CRISPR技術的精確度。2015年4月中山大學基因工程教育部重點實驗室研究人員在Protein&Cell發表了他們的課題組利用CRISPR/Cas9系統對人類胚胎基因組改造的研究結果，有傳言表示，目前中國至少有4個課題組在進行相關人類胚胎的研究，其中至少一個課題組在用正常人類胚胎或近似正常的人類胚胎進行研究。這一次的轉基因人類胚胎研究，必將再次引發一段時間的爭論。
中山大學的研究人員利用了一種「不能存活」的受精卵來進行研究。這種受精卵含有一個卵細胞和兩個精子的三個細胞核，從而不能正常發育成嬰兒。研究人員利用最近很火的CRISPR/Cas9系統來剪切受精卵中人的HBB基因（β-globin gene），因為HBB基因突變會導致β地中海貧血症。他們注射了86個三核受精卵，其中71個受精卵存活。在做檢測的54個樣品中，有28個受精卵的HBB被剪切了，而其中只有更小一部分被重組修飾了。不僅如此，非靶向的突變也出現了。研究人員就認為目前這種技術在胚胎上應用的效率太低太不成熟了。非靶向突變的出現也說明這一技術存在一定的問題，因為這些非靶向的突變通常都是有害的，如果做全基因組測序會發現更多的非靶向基因被修飾了。如果想在醫學上應用CRISPR/Cas9技術，還需要改進該技術的準確性和保真性。研究人員計畫利用成體細胞或者動物模型來繼續研究，通過不同的策略來減少非靶向突變，另外也可以考慮其他基因編輯技術，比如TALEN技術。
這篇文章被Nature和Science拒稿的部分原因都是倫理問題。生殖細胞基因編輯（改造胚胎、卵子或精子）一直是人們關注的額角點，因為這樣的遺傳學改變會代代相傳影響後代。一些人認為基因編輯胚胎研究具有光明的未來，因為它能在孩子出生之前來消除嚴重的遺傳性疾病。而另一些人認為這種研究跨越了倫理底線，因為這種胚胎修飾是可遺傳的，可能會對未來帶來意想不到的後果。還有人擔心，因為這種技術的簡單易操作，會有人進行不安全或者不道德的應用。美國再生醫學聯盟的主席Edward Lanphier聯合四位學者在三月十二日的Nature雜誌上發表評論「不要編輯人類生殖細胞」。文章號召研究者們暫時不要對人類生殖細胞進行基因編輯。因為用現有技術對人類胚胎進行基因編輯，可能對後代產生無法預測的後果。「這樣的技術可能被利用，進行非治療性的基因編輯。我們擔心這樣的倫理問題會引起公眾抗議，影響基因編輯技術在醫療領域的美好前景」「我們需要停下任何涉及人類胚胎的生殖細胞基因編輯」
CRISPR/Cas9技術的發明人之一加州大學的生化學家Jennifer Doudna也和其他作者一起發文呼籲全球應該暫停這種技術的應用，從而給科學家，倫理學家和大眾時間來瞭解。Jennifer Doudna認為，基因編輯技術在醫療上的每一個應用，都需要分別驗證其安全性和有效性。2015年1月，20多位科學家、倫理學家和法律專家來到了加州的Napa谷，在葡萄園裡度假。他們是發現了如何用CRISPR技術編輯基因的伯克利科學家Doudna召集來的。她已經意識到，也開始擔憂，有些科學家會迫不及待地用這種方法來對生殖細胞進行基因改造。現在她想知道，他們是否可以停止。Doudna說，「作為科學家，我們都知道CRISPR技術非常強大。但是事情都有兩面性。我們必須確保它能夠得到謹慎的應用。在應用於人類生殖細胞編輯的時候尤其要注意。」在1975年的Asilomar會議上，生物學家就如何安全地處理重組的DNA達成了共識。那麼在Napa的這次聚會中Doudna也希望如此。Doudna認為，不僅應該暫停關於改造胚胎的研究，還應該暫停利用CRISPR技術改變人類精子和卵子的研究。她說，「我認為這樣的實驗是不恰當的。我覺得現在需要的研究是瞭解這種技術的安全性、有效性和有關分娩的知識。我認為可以在人類以外的動物身上進行這樣的實驗。」
来源:看中國
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