基因編輯技術有兩個最大的安全性問題,脫靶效應和嵌合體。
什么是嵌合體呢?
有一個故事說,一對夫妻通過試管嬰兒生了寶寶,卻發現DNA檢測孩子是叔叔的,但爸爸沒有兄弟。為何有這樣的怪事?
這樣的故事是真實發生的,原來孩子的爸爸是“嵌合體”雙胞胎,受精卵發育的過程中爸爸把兄弟給吞噬掉了,兩個胚胎合成了一個。被吞噬的一方會發育成某一器官,這次事件中可能就是生殖器官。這個爸爸的精子DNA其實是那個被吞噬掉的兄弟的DNA。
嵌合體的英語為Chimera,“奇美拉”,是希臘神話中一種獅頭、羊身、蛇尾的吐火怪物。在生物學上,主要指動物的兩顆受精卵融合在一起,長成一個個體的現象。最常見的就是驢和馬交配生出來的騾子。世界各地的網友都上傳的“雙面貓”,也是嵌合體。
奇美拉
雙面貓
人類中也存在嵌合體實例,有研究顯示,每8個出生的孩子中,就有1個最早是發育自雙胞胎或多胞胎。但目前全球醫學論文報告出來的人類“嵌合體”案例,只有大約100例。
人類中常見的主要是“微嵌合體”現象,比如一個人接受骨髓移植時可能發生,再比如孕婦的組織中也被發現存在胎兒細胞,這種現象幾乎會發生或暫時性發生在所有懷孕女性身上。
對于首例基因編輯嬰兒“露娜姐妹”來說,“嵌合體”的風險有多大,會造成什么后果?
中科院動物所基因工程技術研究組組長王皓毅在一篇訪談中把“嵌合體”作為技術難題排在了“脫靶”之前。
他表示:
首先是“嵌合”問題。采用目前的基因編輯工具,很可能不光在一細胞期起作用,還有可能在二細胞期、四細胞期等階段發揮作用,那這樣形成的嬰兒就有可能存在基因型的“嵌合”。
正常人只擁有來自父本和母本的兩種基因型,而“嵌合體”嬰兒可能擁有三四種或更多種基因型。這會對兩個孩子產生怎樣的影響,是很難預測的。
“露娜姐妹”實驗的始作俑者賀建奎去年2月在個人博客中兩次提到了基因編輯技術的這兩個安全性問題。他寫道:“但是,目前用于人類生殖目的基因編輯尚未解決科學上的安全性問題,尤其是脫靶和嵌合體。在解決好以下的安全性問題之前,進行人類生殖目的的基因編輯是不負責任的。”
他隨后指出有五個安全性問題尚未解決:動物模型和細胞系、脫靶、嵌合體、胚胎發育、多代效應。
當然他也認為脫靶和嵌合體是其中最大的問題。而他去年7月在一次演講中態度轉變,他在幻燈片中指出,脫靶效應可以通過謹慎地設計向導RNA來最小化;全基因組深度測序可以作為檢測脫靶效應的有效工具;大多數被編輯的胚胎是嵌合體,可以通過選擇更好的注射策略來改進。
關于脫靶,也就是“誤傷”其他基因的問題,確實也有人為之辯護。在Science發表的關于賀建奎基因編輯嬰兒的專訪中,CRIPSR基因編輯先驅之一,哈佛大學教授,美國國家科學院院士,美國國家工程院院士George Church是這樣為賀建奎辯護的:
“我不會說一定不會有脫靶的問題。但讓我們做出指控前先做一些定量的分析。脫靶也許會被觀測到,但未必是臨床的。沒有證據顯示脫靶給動物或者細胞帶來問題。我們一些豬有十幾個CRISPR突變,有一種老鼠40多個CRISPR點經常脫靶。但我們還沒有看到負面后果的證據。”
值得注意的是,賀建奎去年2月參加了由George Church等人組織的一次閉門研討會,并在其中做了題為“人類胚胎基因編輯安全性”的報告。就是在會后,他在博客里談到了基因編輯的安全性問題。
根據《自然》的報道,賀建奎在去年做演講時,有組織者指出他從未提及任何準備做人體試驗的內容。但賀建奎稱自己和一些美國科學家討論過人體實驗,不過他沒有給出姓名。這些美國科學家中是否包括George Church我們不得而知。
但即便在這篇罕見的為賀建奎辯護的業內大佬訪談中,也并沒有談到嵌合體的問題。而在賀建奎態度轉變的演講中,他也承認大多數被編輯的胚胎是嵌合體。
不過賀建奎也給出了解決辦法,如何理解他說的可以用更好的注射策略來改進呢?
之前的研究中,先對卵子進行受精,再注射Cas9酶和向導RNA進行基因編輯,后期胚胎混雜了被修復和未經修復的細胞,即出現了嵌合體現象。有一些研究則聲稱,通過將CRISPR/Cas9注入減數分裂II期(metaphase II,MII)卵細胞,并幾乎在同時使其受精,可以改善。
但我們也不難理解,安全風險是一回事,道德風險是另一回事。與脫靶這個相對安全性更大的問題相比,嵌合體的法律、倫理問題更大。
衛生部發布的《人類輔助生殖技術規范》中除了提到“禁止以生殖為目的對人類配子、合子和胚胎進行基因操作”,還提到“禁止開展人類嵌合體胚胎試驗研究”。
也就是說,人類嵌合體胚胎連“試驗研究”都是不被許可的。
此前,就有一些出發點很好的實驗,就因為涉及人類嵌合體,引起了倫理道德爭議。2017年1月,有研究團隊在《Cell》雜志上發文稱,將人類干細胞注入超過2000個豬胚胎中,并使這些胚胎在母豬體內生長4周,豬胚胎開始發育出含有人類細胞的器官。
往豬胚胎注射人干細胞
加州大學戴維斯分校豬場培育約克郡小豬,這是一種用于嵌合實驗的品種
盡管這些人豬“嵌合體”在胚胎期就被銷毀了,而且實驗的出發點可以被善意理解,因為這項技術最終可用于培育供移植的人體器官,從而彌補移植器官供體的短缺,但這項實驗還是飽受爭議。當然這和“露娜姐妹”實驗無關,不過這個實驗同樣采用了CRISPR基因編輯技術,兩個實驗的倫理問題拷問到了同一項技術。
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原文標題:你知道嵌合體嗎?為何這是基因編輯的最大安全風險之一
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