让狗更强壮,让猪更好吃的基因编辑术,到底是什么?

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如果能够把你基因中最不满意的一部分剪除,替换成你更满意的基因,你希望是什么?通过重新编辑基因来防止未来得癌症,甚至治愈癌症,是不是很令人振奋?

 

想必大部分男生都不会拒绝改造“地中海”基因,这样人到中年时,就能拥有费玉清同款的茂密头发了。而改造那些限制你的腿长到一米八或者阻止胶原蛋白不断生成的基因,听起来是不是很美好?

 

图为仍然拥有标准浓密秀发的中年费玉清。

(图片源自网络,版权属于原作者)

 

这个“神奇”技术,其实就是被一些人称为“基因魔剪”的CRISPR-Cas9基因编辑系统。只是,基因编辑这件事听起来很美,但技术究竟成熟到什么程度?会不会带来什么危险的副作用呢?

 

近年来,中国科学家们就先在一些哺乳动物身上进行了一系列的试验。下面小探就带大家围观一下,用CRISPR-Cas9在动物身上做基因编辑,究竟能“造”出什么不寻常的新品种来。

 

没有喝大力却很“大力”的比格犬

 

养了只吉娃娃很可爱,但由于太瘦弱不能看家护院?有一丢丢遗憾。看看中国科学家如何用 CRISPR-Cas9 改写小型宠物犬的基因,把它变得肌肉强壮。

 

2015年10月,中科院、南京大学、广州医药研究总院等科研单位,证实培育出了世界上首例基因敲除的犬类动物模型。研究人员赖学良博士等人找到并成功剔除了迫使比格犬在发育时期停止生长肌肉的基因,即使用CRISPR-Cas9培育了“肌肉生长抑制素(MSTN)”基因敲除后的比格犬。实验所用的两只比格犬的肌肉生长没有得到限制,于是它们看起来更加强壮。

 

虽然这项研究得到了中国国家自然科学基金委、中国农业部、中国科技部以及地方政府的资金支持,却引来了媒体和动物权益保护人士的批评。除了生物伦理方面的顾虑,批评者们怀疑这项实验并非出于纯粹的科研目的,而存在令人质疑的商业追求。

 

两只经过基因改造的比格犬,被命名为“大力神”和“天狗”。

(图片源自网络,版权属于原作者)

 

美味又高产的“新品种猪”

 

猪是我们生活中重要的家畜,也是回锅肉、东坡肉、红烧狮子头的重要食材。但是,总有许多人嫌弃猪肉太肥不够美味,不够健康。科学家们也在试图解决这个问题。

 

2015年9月,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所的李奎教授带领他的研究团队,运用CRISPR-Cas9技术获得了一种新的猪基因模型。简单而言,就是通过这一基因编辑系统,敲除了猪的某种特定基因,再敲入能够优化猪肉肥瘦比的目标基因。

 

李奎团队相信,他们的实验成果能够改良猪肉质量,产生出更高质量的食物,也可以提升猪肉的量产。这一研究成果,在2015年发表在了《自然》子刊《环球科学》上,得到了不少人的关注。

 

对于爱吃瘦肉的很多人而言(比如小探),就非常期待这项技术带来的量产。

 

瘦肉星人:能让红烧肉不再肥了么!

(图片源自网络,版权属于原作者)

 

这只山羊,你长发如雪

 

在陕西省陕北绒山羊工程技术研究中心,研究人员屈雷博士的山羊研究团队已通过CRISPR-Cas9工具培育出了一个全新的山羊品种。这种新品种山羊拥有更粗壮的肌肉和更浓密纤长的羊毛。

 

屈雷等人在早期山羊胚胎中,敲除了两个抑制羊毛和肌肉发育的基因,从而“定制”了肌肉更粗壮、羊毛更长的小山羊。屈雷在采访中表示,“在证实了基因改造家畜安全可靠后,这个新品种一定能推广开来,开始商业化养殖。”

 

小探想说,这要真能商业化养殖了,能让 Cashmere 羊毛衫便宜点么?

 

一大波转基因羊向你走来(图片源自网络,版权属于原作者)

 

看到这里,你可能会好奇,到底这个基因改造、基因魔剪技术是什么呢?它真的安全可靠吗?通过技术创新来提高生产效率和商业回报无可厚非,只是这一基因改造究竟是否安全可靠?

 

CRISPR-Cas9究竟是什么?

 

简单说,CRISPR 是存在于细菌中的一种基因组,其中的一些基因片段曾经攻击过这个细菌中的病毒。通过这种基因片段,细菌可以侦测并抵抗相同病毒的攻击,并摧毁其DNA。换句话说,这种基因组可以帮助细菌免疫。

 

而 Cas 是一种关联蛋白,CRISPR需要依赖Cas共同组成CRISPR-Cas系统,才能形成存在于细菌中的后天免疫系统。CRISPR-Cas9系统的厉害之处在于,它是第一个可以简单高效地对特定基因位点进行切割、导致基因突变的基因编辑系统。

 

CRISPR从生物学基础研究走向具体的技术应用,一般被认为在基因治疗、病毒剔除、改良动植物基因等领域最能凸显其价值,并产生现象级的技术革新,从而衍生出深远的行业影响。

 

其实,CRISPR-Cas9 也经历了超过20年漫长的发展历程:

 

1993-2000年:首次发现CRISPR和它的功能;

2005年:首次发现Cas9蛋白;

2006年:后天性免疫系统(即指由CRISPR和Cas蛋白组成的CRISPR-Cas系统)假设提出;

2007年:证实了CRISPR-Cas后天性免疫系统假设,且表明Cas9蛋白可能是免疫干扰中所需的唯一一种Cas蛋白

2008年:发现CRISPR-Cas系统干扰病毒的方式。且发现CRISPR-Cas可以应用于真核生物细胞,而不仅仅只是无核的细菌中

2009年:证实Cas9蛋白是CRISPR-Cas9系统中切割DNA所需的唯一一种蛋白质

2011年:发现CRISPR系统可以在多个物种中起作用

2012年:加州大学伯克利分校的Jennifer Doudna教授和瑞典于默奥大学的Emmanuelle Charpentier教授首次提出CRISPR-Cas9可以用于基因组的编辑

2013年:麻省理工学院的张锋团队第一次通过CRISPR-Cas9在人和小鼠细胞中进行了基因组编辑。

 

尽管这项技术在此后不断发展,但有了CRISPR-Cas9这一工具的加持,科学家们就有能力准确且有效地编辑生命体内的部分基因了。然而,中国遍地开花的各类CRISPR-Cas9动物基因编辑实验,却引发了国外媒体的担忧。

 

对于中国CRISPR-Cas9动物实验的担忧

 

从2015年起,《自然》姊妹刊物《环球科学》、《纽约时报》、《经济学人》等多种期刊分别刊登了多篇文章,对中国生物医学界利用CRISPR技术进行动物和人体实验的大胆行为进行了谴责。他们的谴责,其实是对动物实验的担忧。

 

没错,尽管听起来“指哪打哪”的基因剪辑技术很不错,但它引起的担忧也很多。让小探给你一一道来:

 

首先,当然是技术的局限性。虽然,CRISPR 能够进行精准高效的基因敲除,但科学家们发现,CRISPR 在应用过程中会产生“脱靶现象”的副作用。这种副作用容易引起不需要编辑的基因的突变,从而造成基因编辑的不确定性和技术风险。什么意思呢?就好比你可能通过基因疗法治好了脱发,却被迫患上了脚气;控制了癌症,却被迫戴上了助听器。

 

其次,技术应用有待成熟。CRISPR 技术领域权威学者、哈佛医学院George Church 教授表示,当前中国利用 CRISPR 进行的研究难度和水平并不落后于美国和欧洲实验室。但是,在技术本身没有可靠的解决方案之前,仅通过大量科研经费加持来进行广泛实验,难免有追逐“风口”之嫌。

 

第三,监管制度尚不完善。当前,中国得益于国家大量科研经费支持和国有科研机构规模,大胆的 CRISPR 应用试验已遍地开花。但哈佛医学院院长、干细胞生物学家 George Daley 认为,中国目前的科研实力虽然显著提升,但“仍然是国际科学界的后起之秀,且缺乏相同的机构审查传统”。

 

这就说到美国的生物基因实验和临床试验了。目前,这类实验受到美国政府、行业协会、非政府组织等利益相关方的严格监管和监督像。美国食品和药物管理局(FDA)、美国病理学家学会(CAP)、美国国家卫生研究院(NIH)的国立人类基因组研究所(NCHGR)等机构,都建立了多方审批和监管流程。

 

看完这些,大家觉得中国的科学家们应该继续尝试用CRISPR来制造出新的动物品种吗呢?如果真的可以继续运用在动物和人体身上,你最希望剪切掉的基因组,又是哪一段呢?欢迎各位读者留言探讨!

 

 


 

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