原標題：CRISPR/Cas9技術，路在何方？
正在生物體內發揮功能的CRISPR/Cas9系統
■新視野
CRISPR/Cas9這項新技術使人們能更精準地對DNA代碼進行控制，引發了遺傳學和細胞生物學領域的革新，科學家們對它寄予厚望，希望藉助它的力量，治療包括癌症在內的疾病並進一步解開人類細胞身上籠罩的謎團。
但這一基因編輯技術也引發了科學家們的憂慮。據美國趣味科學網站報導，有科學家擔心，這一新工具是否會導致父母預定「設計嬰兒」？在病人身上使用是否會導致無法預知的危險後果？鑑於這項技術可能會被濫用或錯用，因此，有資深科學家撰文呼籲暫停某些與這項技術有關的新研究，直到制定出相應的倫理指導方針。
編輯DNA來治癒疾病
儘管大多數人類疾病都由（至少部分由）我們DNA內的變異造成，但目前的治療方法針對的是這些變異的症狀而非遺傳根源。例如，囊腫性纖維化會導致肺部充滿過量的黏液，造成這一疾病的「罪魁禍首」就是單個DNA變異。
然而，目前治療囊腫性纖維化的方法強調的是緩解甚至消除症狀，主要做法是儘量減少肺部黏液並對抗感染，而非糾正這個變異本身。這是因為對擁有30億個鹼基對的人體DNA進行修改並非易事。而且首個基因治療藥物「Glybera」也不涉及修改病人的DNA，該藥物由荷蘭生物科技公司UniQure研發製造，主要用於治療脂蛋白酯酶缺乏遺傳病（LPLD）患者，目前，該藥物在歐洲僅限於治療罹患消化障礙的病人。
所謂基因編輯技術，是指對DNA核苷酸序列進行刪除和插入等操作，換句話說，基因編輯技術使人們可以按自己的意願改寫DNA這本由脫氧核苷酸寫成的生命之書。然而長期以來，科學家們只能通過物理和化學誘變、同源重組等方式來對DNA進行編輯。但這些方法要麼編輯位置隨機，要麼需要花費大量人力物力進行操作。因此，能夠方便而精確地對DNA序列進行編輯，一直是科研工作者的夢想。
2012年，一種名為「CRISPR/Cas9」的DNA剪切技術橫空出世，讓科學家們看到了希望。CRISPR被稱作「規律間隔成簇短回文重複序列」，是在一些細菌基因組內存在的一系列成簇排列的DNA序列，是源於細菌及古細菌中的一種後天免疫系統。科學家們發現，這些重複序列和很多能夠侵入細菌的噬菌體的DNA序列相同。進一步研究發現，這些序列在被轉錄成為RNA後，能夠和細菌產生的一類稱為CRISPR關聯蛋白（Cas9）的蛋白質形成複合體，對Cas9蛋白起到導向作用，因此這段RNA也被稱為導向RNA（gRNA）。當複合體檢測到入侵的DNA和gRNA序列一致時，Cas9蛋白就能夠切割入侵的DNA，達到防禦的目的。
與以前效率低下的DNA編輯方法相比，新出現的基因組編輯工具CRISPR/Cas9提供了一條捷徑。它就像一個DNA剪刀手，剪開特定RNA序列指向的地方，從而開啟細胞DNA的修復過程——要麼使某個導致腫瘤瘋長的基因「繳械投降」，要麼對受損基因（比如導致囊腫性纖維化的變異）進行修復。
雖然很多CRISPR/Cas9系統需要多種蛋白的參與，但在很多細菌的細胞內，只需要一種內切酶——Cas9就夠了。Cas9內切酶在嚮導RNA的指引下能夠對各種入侵的外源DNA分子進行定點切割，由於Cas9系統優異的指向性和特定性，其一問世就獲得了科學家們的青睞。
這一技術發展迅速。2014年，研究人員發現了利用CRISPR/Cas9治癒小鼠中一種罕見肝臟疾病的方法。2015年3月10日，在《自然通訊》雜誌上的一篇研究論文中，美國薩克生物研究所的科學家們也發現，可以通過這種方法切除人類免疫細胞中HIV病毒插入的基因，阻止HIV進入血液幹細胞，向研發出藥物邁進了一步。
另外，美國史丹福大學的科學家們則利用這一技術構建出了可在自然短壽的非洲青鱂魚中研究衰老的平臺。研究人員希望這些魚能成為了解、預防及治療老年疾病的一種有價值的新模型，研究發表在2月12日的《細胞》雜誌上。
目前該技術已經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。
引發倫理爭議
隨著這項技術不斷取得進步，對胚胎內的基因進行修改面臨的障礙也在慢慢消失，為所謂擁有特定相貌或智力的「設計嬰兒」打開了大門。
倫理學家們擔心，讓父母能夠選擇胎兒的特徵可能會帶來很不好的後果。而且，由於我們對疾病和基因之間關係的理解還存在諸多不足，即便我們能進行毫無瑕疵的基因手術，也不知道DNA的特定變化在一個活人身上會如何表現出來。最後，對諸如胚胎等生殖細胞進行編輯可能會永久性地將已經改變的DNA引入基因庫中，遺傳給後代。
CRISPR/Cas9系統自身也存在一些缺陷，比如進入細胞後，有可能在非目標位點進行酶切，從而導致脫靶，如此可能會引發癌症而非治癒癌症，這對於臨床應用來說也是一大敗筆。
俗話說，人紅是非多，技術也沒能逃過這個命運。在一項項激動人心的研究結果出來的同時，關於是否應該對人類胚胎進行編輯的爭議也不斷升級。一些人認為，對胚胎進行基因編輯前景光明，因為它可以在嬰兒出生前消除破壞性的遺傳疾病；另一些人則認為，這樣的研究跨過了道德底線：今年初，科學家在《自然》雜誌上發表評論文章，呼籲停止使用基因組編輯工具對人類生殖細胞進行改造。他們認為，利用現有技術對人類胚胎進行基因組編輯，由於對生殖細胞的改造是可以遺傳的，因此可能會對後代產生無法預測的後果，而這些技術的濫用可能引起公憤，繼而波及這些工具在醫療領域的使用。
無獨有偶。今年3月份，因擔心可能產生的不良後果，包括諾貝爾獎得主戴維·巴爾的摩、著名遺傳學家喬治·徹奇、CRISPR技術的共同開發者詹妮弗·當娜在內的科學家以及法律、倫理和醫學方面的專家，在《科學》雜誌上發表評論文章，強烈反對利用CRISPR基因組編輯技術對人類生殖細胞進行修飾。他們指出，CRISPR/Cas9基因組編輯技術的簡單高效突然讓精確的人類生殖細胞編輯成為可能。他們還提議舉行一次國際會議，討論使用這一快速發展的技術的社會、法律和倫理問題。
不過，他們也承認，CRISPR/Cas9技術風險與回報之間的權衡將傾向於有利人體健康。他們寫道：「討論的關鍵在於基因組的改造是否能治療或治癒嚴重疾病，如果可以，是在什麼情況下。」
為了管理風險，他們還提議採用標準化的基準測試來確定脫靶效應的頻率和嚴重程度，並開展適當的風險評估；他們呼籲全球各方代表，包括遺傳學、法律和生物倫理學的專家、政府機構、私人團體以及公眾，來討論基因組改造的問題並制定政策。
儘管因為倫理原因要求某一研究暫停的情況很罕見，但也並非孤例，此前的重組DNA技術也遭遇了同樣的命運。在1975年的阿希洛馬會議（Asilomar Conference）上，分子生物學家們就重組DNA技術的道德底線問題進行了討論，最終在安全標準上取得了共識，籤名保證不讓人工基因改造的生物對公眾造成威脅。《科學》論文的幾名作者也曾經參與過阿希洛馬會議。
阿希洛馬會議現在仍然被廣泛認為是一個適當且負責任的措施，它既強調了技術的安全性和符合倫理，也沒有阻礙技術進步的步伐。結果證明，DNA重組技術並沒有最初所擔心的那樣危險。而現有證據表明，在Cas9的問題上，我們可能沒有那麼幸運。阿希洛馬會議另一個重要的遺產是，促進了專家和公眾的公開討論。CRISPR/Cas9技術或許可以借鑑這一點。
理想與現實的差距
儘管這些人呼籲在嚴苛的倫理準則制定之前，應暫停某些CRISPR/Cas9方面的研究。但一個月之後，一個中國研究團隊的報告再次將這項技術推到了風口浪尖。
今年4月份，中山大學副教授、基因功能研究員黃軍就領導的研究團隊在《蛋白質與細胞》雜誌上發表論文稱，他們利用CRISPR/Cas9技術，對不能存活的人類胚胎進行了編輯，試圖修改人類胚胎中可能導致β型地中海貧血（β-thalassemia）的基因。
結果表明，科學家們的擔憂並非空穴來風。在實驗中，這一方法基本上幹掉了五分之一的胚胎，在存活的細胞中也只有一半的DNA發生了變化，而且，即使這些DNA已被修改的細胞也只有一小部分的疾病變異被修復。黃軍就團隊表示，實驗結果說明從基因編輯到基因治療技術，中間有明顯的障礙，在達成任何臨床應用之前，仍有很多問題要研究清楚。
前國際幹細胞研究學會主席、哈佛大學生物學家喬治·戴利也是《科學》論文中的一員。他表示，這是世界上首例運用CRISPR/Cas9技術修改人類胚胎基因的嘗試，是個裡程碑，也是個警告，這一研究結果給那些認為基因編輯能完全消除疾病基因的人提出了嚴厲的警告。
現在，圍繞著Cas9的狂熱和喧囂都太多，很容易讓人忘記，這項技術出現還不到3年時間。
(來源:科技日報)