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《科学》特刊:还原真实,CRISPR在中国
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日期:2019-08-02 11:25:47来源:物联中国 点击:507
核心提示:来源:学术经纬  有人称赞它是上帝的手术刀,有人指责它打开了潘多拉的魔盒。自2012年人类发现CRISPR能用于基因编辑以来,不到十年的时间,与其相关的论文从最初的127篇,已飞速增长到了14000多篇,增幅超过100倍!其中热度,可见一斑。  顺应时代的浪潮,中国在CRISPR技术上投入了大量资源,并快速发展成了...

来源:学术经纬

  有人称赞它是上帝的手术刀,有人指责它打开了潘多拉的魔盒。自2012年人类发现CRISPR能用于基因编辑以来,不到十年的时间,与其相关的论文从最初的127篇,已飞速增长到了14000多篇,增幅超过100倍!其中热度,可见一斑。

  顺应时代的浪潮,中国在CRISPR技术上投入了大量资源,并快速发展成了全球的CRISPR大国之一。在这里,农业与医药是其应用的主要前沿。

▲本次特刊也得到了《科学》封面的介绍(图片来源:《科学》官网;Syngenta Beijing Innovation)▲本次特刊也得到了《科学》封面的介绍(图片来源:《科学》官网;Syngenta Beijing Innovation)

  飞驰之下,容易失焦。谈到中国的CRISPR应用,许多人的注意力集中在了一些具有伦理争议性的负面新闻上,而没有意识到,这些个例并非真正的代表。在普利策中心(Pulitzer Center)的协助下,作家Jon Cohen先生拜访了5座位于中国的CRISPR大城,并将他的所见所想汇总成5篇文章,以特刊的形式,发表在了今日的《科学》杂志上。

  希望的田野

  说到CRISPR在中国的应用,农业毫无疑问是其中的重中之重。据统计,中国是世界上发表CRISPR农业应用论文最多的国家,论文数是第二名的两倍。

  Jon Cohen先生在一篇关于农业应用的专文中指出,中国有约20个课题组正在尝试使用CRISPR技术来编辑农作物的基因,以求带来更好的性状。中国农业科学院前任院长李家洋研究员指出,这很大程度上是考虑到中国的庞大人口:“我们的自然资源有限,但需要喂饱14亿人口。”他在接受采访时说道。在他看来,理想的作物应当有很高的产量,且不需要用太多的肥料与杀虫剂。最好这些作物天然就能对病虫害产生耐受,且能耐受盐碱与干旱。

  中科院遗传与发育生物学研究所的高彩霞研究员是这一实践的先行者之一。在读到CRISPR的相关论文前,她的课题组常年使用TALEN技术(另一种基因编辑技术)来改造植物基因。“我们当时已经用TALEN技术敲除了100多个基因,且对此感到自豪,”她说道:“(看到CRISPR技术后)你会想,这是个新的技术,我们要不要试试看?”

  很快,她的团队取得了概念验证性的成功。在水稻中,研究人员们成功改造了基因。接下来,利用CRISPR技术,高彩霞研究组成功在小麦中改造了一条与白粉病(powdery mildew)有关的致敏基因,带来了重要突破!这是因为小麦的基因组几乎是人类的6倍大,且有6套染色体。一些专家指出,倘若用传统的杂交育种方法,想要获得良好的性状,即便不是“不可能完成的任务”,也会是育种学家的一场噩梦。

 ▲今年早些时候,学术经纬团队报道了研究人员们对小麦基因组的单碱基编辑工作(图片来源:Nature Plants)▲今年早些时候,学术经纬团队报道了研究人员们对小麦基因组的单碱基编辑工作(图片来源:Nature Plants)

  成功的案例下,我们也需要清醒地看到,通往终点的道路还很漫长。在科研上,科学家们需要突破成功率低下的瓶颈——想要引入新的基因,业界的成功率大约是1%;而且一些CRISPR技术会带来严重的脱靶效应,造成意外的后果,急需解决。此外,想要看到经过基因改造的作物上市,在监管上还有着不小的挑战。

  在专文的最后,Jon Cohen先生问道,如果经过CRISPR改造的作物在监管上开了绿灯,那么一类新型作物从实验室走向商业化种植,大概需要多久?“6个月。”高彩霞研究员回答道。

  动物的世界

  在疾病研究中,动物模型有着极为重要的作用。其中,非人灵长类模型又有其特殊的地位。在介绍CRISPR技术构建动物模型的一篇专文中,Jon Cohen先生指出,在中国至少有四组研究团队正在大规模地编辑猴子基因,这得益于一个积极的科研环境。

  “这个国家的文化非常重视科技。”CRISPR技术的先驱之一Jennifer Doudna教授点评道。另一位海外的生物学家笑谈说,他们的团队大约移植过10个猴子的胚胎。而中国科学家们常规能够移植50-100个经过同样基因编辑的胚胎。由于相关研究的成功率不高,数量往往是成功的保证。

  如今,我们已经有了不少经过基因编辑的猴子模型,其中就包括了自闭症的模型,以及生物节律紊乱的模型。

 ▲今年1月,中科院神经科学研究所报道了节律紊乱的猴子模型(图片来源:《国家科学评论》)▲今年1月,中科院神经科学研究所报道了节律紊乱的猴子模型(图片来源:《国家科学评论》)

  在猴子之外,使用CRISPR进行基因编辑的清单上还有狗、小鼠、大鼠、兔子、以及猪。研究人员们期望,这些研究能够带来对疾病有抵抗力的动物,或是潜在的医学应用。但目前为止,大部分的动物研究都还停留在概念验证的阶段,没有转化成潜在的疗法。

  在这些研究里,潜在的临床转化方向之一,便是异种器官移植。Jon Cohen先生的专文指出,中国面临着比较严重的移植器官短缺问题——大约30万人等待器官移植,而可用的器官大约只有10000个。但通过CRISPR技术,我们可以让猪的器官变得安全,造福病患。

  但这并非易事。为了解决这一难题,位于杭州的启函生物与位于美国大波士顿地区的eGenesis展开了合作。为了确保安全性,他们首先使用CRISPR技术敲除了猪器官中的内源性逆转录病毒。这些存在于猪基因组里的病毒会对人体带来潜在的危害。另一些科学家指出,如果想要让人类用上猪的器官,那么在病毒之外,还需要考虑免疫排斥的问题。他们估计,这最多大约需要敲除掉20个基因。目前,人们只能同时敲除4个。

  不过,研究人员们正在这一方向上取得快速突破。据估计,明年科学家们将在猴子体内进行猪器官的移植尝试。这项关键的研究取得成功后,人体试验才会被提上议程。

  我们也需要注意,与经过基因编辑的农作物一样,想要让基因编辑的动物走上市场,也需要解决一系列在监管上的问题。

  重塑的信任

  但在学术界,一条负面的新闻往往会盖过大量积极的进展。经过CRISPR基因编辑的婴儿诞生后,整个来自中国的学术群体都遭受了不同程度的非议。“所有的新闻都在说‘中国科学家’如何如何,而没有强调这是一名个体。”中科院动物研究所的王皓毅研究员说道。一次不幸的事件,固化了对于中国学术研究“无章法”的刻板印象。

  中科院神经科学研究所的杨辉研究员在这条爆炸性新闻发生的次日,向公众公布了一篇尚在同行评议中的未发表论文(现已发表,点击可读),这在业内实属罕见。论文中,杨辉研究员指出一种单碱基编辑器会带来严重的意外脱靶效应,因此使用上存在风险。Jon Cohen先生的一篇相关专文中指出,杨辉研究员想通过这一举动,让全世界了解到,中国科学家也同样会做正面的研究工作。“我们想要为患者带来更安全的基因编辑工具。”杨辉研究员说道。


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