基因研究史:為何"基因編輯嬰兒"被稱為瘋狂試驗?

11月26日，一則消息《世界首例免疫愛滋病的基因編輯嬰兒在中國誕生》刷屏社交平臺。據悉，消息來自深圳的科學家賀建奎在第二屆國際人類基因組編輯峰會召開前一天宣布，一對名為露露和娜娜的基因編輯嬰兒於11月在中國健康誕生。這對雙胞胎的一個基因經過修改，使她們出生後即能天然抵抗愛滋病。這是世界首例免疫愛滋病的基因編輯嬰兒。

賀建奎稱「我的目的並不是治療或者防止遺傳性疾病，而是要盡力保留只有少數人才具有的特徵，即天然抵抗某些愛滋病毒。」

愛滋病不是大概率疾病，目前通過藥物阻斷也可有效防止愛滋病的母嬰感染，然而冒著風險做基因編輯，抵抗效果基本上無從驗證，更嚴重的是，孩子要終身在這次所謂「歷史性突破的」基因編輯隱藏的未知風險中度過。這次編輯基因，是否遵守了生命倫理，是否遵守科學家共同體的倫理共識？

該消息一發出就引發公眾對該項研究的安全性與倫理性的熱議。深圳市醫學倫理專家委員會於當日下午發表聲明，將啟動對該事件涉及倫理問題的調查。南科大也發出聲明表示，自2018年2月1日已對賀建奎停薪留職，「此項研究工作為賀建奎副教授在校外開展，未向學校和所在生物系報告，學校和生物系對此不知情。」

據新京報報導，11月26日晚間，百餘名科學家通過網絡聯合聲明，強烈譴責「首例免疫愛滋病基因編輯」：

「作為中國普通學者，出於對人類的基本理性和科學原理的尊重，以及對此事件影響中國科學發展的憂慮。我們聲明如下……」

他們認為，這項所謂研究的生物醫學倫理審查形同虛設。該研究所涉技術在科學界內部爭議很大，在得到大家進一步檢驗之前直接進行人胚胎改造並試圖產生嬰兒的任何嘗試都存在巨大風險。而科學上此項技術早就可以做，沒有任何創新及科學價值，但是全球的生物醫學科學家們不去做、不敢做，就是其不確定性、其他巨大風險以及更重要的倫理及其長遠而深刻的社會影響。

那麼，生物醫學領域的「基因理論」是怎麼發展出來的？作為一項致力於改善人類身體健康的技術，為什麼基因編輯技術必須慎重處理倫理問題，並常常迎來爭議？

世界著名科普作家悉達多·穆克吉曾在《基因傳》中呈現基因理論的發展歷程，從微生物克隆時期，通過揭秘幾百年來人類探究基因的曲折，展現基因對人類產生的密切影響。該書既記錄了科學家的合作與鬥爭、成功與失敗，也講述了基因理論被政治歪曲利用導致的歷史災難和教訓。然而，基因技術的發展始終面臨倫理的困境，上世紀70年代阿西洛馬會議中所涉及的基因克隆的倫理與道德問題，置於今天仍有現實意義。任何一項技術都必須尊重人之生命，任何試驗都不能以一己之私或為了所謂「歷史性突破」而罔顧生命倫理。

試管中的混合與配對

與生殖無關的基因重組

1968年冬季，保羅·伯格結束了在加州拉霍亞的索爾克生物研究所為期11個月的學術假期後回到了史丹福大學。他之前的學術生涯主要集中在蛋白質合成領域，但是在拉霍亞的學術休假給了他思考全新研究方向的機會。在病毒學家雷納託·杜爾貝科的協助下，伯格將研究重點調整為動物病毒方向。

對於紛繁複雜的病毒家族來說，猿猴空泡病毒40（簡稱SV40）是其中極簡的代表。它的基因組相當於一個DNA 碎片，該DNA 僅攜帶了7個基因，長度還不及人類基因組的六十萬分之一。伯格了解到，SV40的與眾不同之處在於，它非常善於和某些特殊類型的被感染細胞和平共處。通常情況下，病毒在感染細胞後會生成無數病毒粒子，並且將最終導致宿主細胞死亡。而SV40 卻能夠將其DNA 插入宿主細胞的染色體中，然後細胞將進入複製間歇期，直到被特定的信號激活。

由於SV40 基因組結構十分緊湊，同時它導入細胞的效率也非常可觀，因此SV40 成為攜帶基因進入人類細胞的理想載體。伯格靈機一動：如果能夠把外源基因作為誘餌裝配給SV40 病毒，那麼病毒基因組就可以將該外源基因偷偷轉運到人類細胞中，並且最終改變細胞的遺傳信息，而該創舉將開闢遺傳學發展的新篇章。

伯格深知這項新興技術蘊含的能量。基因之間可以通過相互結合創造出全新組合，甚至還可以在新組合的基礎上繼續拓展；它們可以發生改變、產生突變並且穿梭於生物體之間。例如，在將青蛙基因引入人類細胞之前，首先要把它們插入病毒基因組中。而人類基因也能轉移到細菌細胞裡。如果能將這項技術運用到極致的話，那麼基因將會具有無限的可塑性：你可以創造出新型突變或者清除它們，你甚至可以憧憬實現遺傳信息修飾，並且隨心所欲地洗刷、清理或者改變遺傳標記。

1970 年冬季，伯格與戴維·傑克遜開始了他們首次剪切與拼接兩段DNA 的嘗試。儘管面臨著各種難以想像的技術障礙，但他們還是成功地將外源基因片段連接到完整的SV40 基因組上，其中就包括一段來自細菌病毒（λ噬菌體）的DNA 和三個來自大腸桿菌的基因。

這項研究成果具有舉足輕重的意義。雖然λ噬菌體和SV40 都屬於「病毒」，但是它們彼此的差異堪比馬與海馬之間的區別。眾所周知，大腸桿菌是一種源自腸道的細菌，其結構與上述兩種生物體完全不同。因此就產生了一種奇怪的嵌合體，這些基因在進化樹上的親緣關係相距甚遠，可是它們在經過粘貼後卻能成為一條連續的DNA。

伯格將這種雜合體稱為「重組DNA」。他在選擇這個詞組的時候應該煞費了一番苦心，而這令人想起了有性生殖過程中產生雜合基因的「重組」現象。在自然界中，由於遺傳信息頻繁在染色體間發生混合與配對，因此產生了紛繁複雜的生物多樣性：源於父本染色體的DNA 與源於母本染色體的DNA 互換位置會產生「父本∶母本」基因雜合體，這也就是摩爾根所說的「互換」現象。伯格在製備基因雜合體時使用了某些特殊工具，它們可以在生物體自然狀態下對基因進行剪切、粘貼和修復，其結果就是將交叉互換原理延伸到生殖概念以外。伯格的研究實際上也是在合成基因雜合體，只不過他是將不同生物的遺傳物質在試管中進行混合與配對。現在這種與生殖無關的基因重組指引他跨入了嶄新的生物學世界。

插圖源自保羅·伯格關於「重組」DNA 的論文。科學家們不僅可以將任意生物體的基因進行組合，而且還能自由地改造基因，而這也為人類基因治療與人類基因組工程埋下了伏筆。

邏輯上的顛倒

把細菌當作新型基因雜合體的「工廠」

同年冬季，一位名叫珍妮特·默茨的研究生決定加入伯格的團隊。她被傑克遜的實驗吸引，對製備不同生物體的基因嵌合體的想法十分著迷。但是如果她將傑克遜的實驗目標顛倒過來又會怎樣呢？此前，傑克遜已經成功將細菌遺傳物質插入SV40 的基因組。如果她把SV40 基因插入大腸桿菌的基因組，那麼這種基因雜合體又會表現出什麼特點呢？如果默茨培養出攜帶病毒基因的細菌，而不是攜帶細菌基因的病毒，那麼又將出現何種結果呢？

猿猴空泡病毒40（SV40）。

這種邏輯上的顛倒（更確切地說是生物體的逆轉）實現了技術上的重大飛躍。大腸桿菌與許多細菌具有相同之處，它們都攜帶有體型小巧的額外染色體，而這類染色體被稱為迷你染色體或者質粒。質粒的結構與SV40 基因組十分相似，其DNA 看起來就像個環形的項鍊，並且可以在細菌內部生存與複製。隨著細菌細胞分裂與生長，質粒也會同步進行複製。默茨意識到，如果她能將SV40 基因插入大腸桿菌的質粒中，那麼就可以把細菌當作生產新型基因雜合體的「工廠」。當細菌生長與分裂時，質粒以及質粒上的外源基因也會同時進行倍增。經過修飾後的染色體將在原有基礎上重複複製，這樣細菌就可以將染色體上裝載的外源基因製造出來。而這種數以百萬計的DNA 片段精準複製品就是「克隆」。

1971 年6 月，默茨從史丹福大學啟程來到位於紐約的冷泉港，她要在這裡參加一個有關動物細胞與病毒的課程。作為課程的一個環節，同學們被要求描述一下自己將來希望從事的研究項目。默茨在展示環節時談到，她打算製備SV40 病毒與大腸桿菌基因的嵌合體，並指出這種雜合體具有在細菌細胞內增殖的潛力。

默茨的演講結束後現場先是陷入了一片沉寂，然後同學與指導老師的質疑如潮水一般湧來：她是否研究過製造這種雜合體的風險？如果伯格與默茨放任這些基因雜合體的應用，那麼它們會對人類產生什麼後果？他們是否考慮過構建新型遺傳物質所產生的倫理問題？

這些顧慮也引起了伯格的重視。他給幾位腫瘤生物學家與微生物學家寫信，向他們徵求對此類研究風險的獨立意見。最後，伯格斷定該實驗的生物危害不足為患，然而這並不意味著完全沒有危害。在做出風險預估與防範計劃之前，伯格主動暫停了該項實驗。

單基因嵌合體

聯結兩個完全不同生物體的遺傳物質

1972 年11 月，就在伯格反覆權衡病毒—細菌DNA 雜合體風險的時候，來自舊金山的科學家赫伯特·博耶飛到夏威夷參加一個微生物學會議。這場會議關乎細菌遺傳學的未來，其中大部分令人興奮的消息都與新發現的大腸桿菌質粒有關。

當天晚些時候，博耶偶然遇到了史丹福大學的斯坦利·科恩教授。他們與同是微生物學家的斯坦·弗科沃一起到酒店外散步，並找了一個露天的位置坐下，一邊吃著燻牛肉三明治，一邊討論著質粒、基因嵌合體與細菌遺傳學。

博耶與科恩都知道伯格與默茨成功地在實驗室裡製備出基因雜合體，因此他們討論的內容也在不經意間轉到了科恩的研究領域。科恩已經從大腸桿菌中分離出幾種質粒，其中一種質粒的純化過程非常可靠，它能夠輕易地在大腸桿菌菌株之間進行轉移。據說其中某些質粒攜帶有抗生素（例如四環素或青黴素）抗性基因。但是假如科恩從某個質粒上切下抗生素抗性基因，然後把它導入另外一個質粒中會發生什麼呢？某個原本會被抗生素殺死的細菌是否得以存活，並且在抗生素抗性基因的保護下選擇性地茁壯成長，而那些不含有雜交質粒的細菌會死去呢？

博耶一時心血來潮，開始講述DNA 切割酶以及默茨高效改進基因雜合體製備的過程。此時他們之間的思想碰撞迸發出了火花。博耶通過純化酶使製備基因雜合體的效率得到了大幅提升，而科恩則分離出了可以輕易地在細菌中進行選擇與擴增的質粒。

「如果將EcoR1 剪切過的質粒DNA 分子混合在一起並使它們重新連接，就可以得到一定比例的重組質粒分子。然後利用抗生素抗性篩選出獲得外源基因的細菌後，就能夠從中篩選出雜交DNA。如果讓這種含有外源基因的細菌細胞持續繁殖下去，那麼就可以將雜交DNA 進行成百萬倍地擴增，於是便完成了重組DNA的克隆。」

該實驗不僅具有創新性與高效性，同時安全性也得到了保障。與伯格和默茨實驗（涉及病毒—細菌雜合體）的不同之處在於，科恩與博耶製備的嵌合體完全由細菌基因構成，而他們認為這樣可以大大降低危險性。

到了1973年夏末的時候，博耶與科恩已經成功地製備出基因雜合體，他們將兩條來自不同細菌的遺傳物質聯結起來，然後形成了一個單基因嵌合體。兩種生物體的遺傳物質經過重組後獲得了全新的身份，而人類也因此接近了哲學領域的核心問題。

基因測序與基因克隆

把遺傳學從實驗的泥沼中拯救出來

當伯格、博耶與科恩正在各自的機構裡忙著混合與匹配基因片段時，劍橋大學的研究人員則完成了另一項具有同樣意義的重大遺傳學突破。從20 世紀60 年代開始，生物化學家弗雷德裡克·桑格（Frederick Sanger）就在劍橋大學從事基因測序研究。桑格對於複雜生物分子的化學結構非常痴迷。60 年代中期，桑格將研究重點從蛋白質轉移到了核酸，並且開始認真考慮DNA 測序問題。但是曾經在胰島素研究中嶄露頭角的方法（切斷、溶解、再切斷、再溶解）在DNA 測序中卻無法施展。蛋白質的化學結構使得胺基酸可以按照順序被依次切斷，然而桑格在DNA 研究中並未發現可供使用的工具。

1971 年，桑格開始利用DNA 聚合酶的複製反應研製基因測序技術。1977 年2 月24 日，桑格的研究成果發表於《自然》雜誌，他在文中描述了使用這項技術揭示ΦX174 病毒完整DNA 序列的過程。ΦX174 是一個體積微小的病毒，全長只有5386 個鹼基對，其基因組大小甚至無法與某些最小的人類基因相比。但是這篇論文發表後在科學界掀起了變革的浪潮。桑格已經讀懂了基因的語言。

作為遺傳學領域的新技術，基因測序與基因克隆隨即被用於基因與基因組新特徵的鑑定。而這些技術應用的首個重大發現與動物基因和動物病毒的獨特功能有關。除此之外，基因測序與基因克隆這對雙胞胎還把遺傳學從實驗的泥沼中拯救了出來。與傳統學派專注於動物分類以及對生物解剖學與生理學特徵進行定性描述不同，「現代」生物學家們開始研究分子與基因在生物體內的作用。

1970 年到1980 年，這些現代學派的分子生物學家搖身一變成為基因操作者與基因解碼者。按照伯格、博耶與科恩的想法，最初發明基因操作、克隆與測序技術是為了在細菌、病毒與哺乳動物的細胞之間轉移基因，可是後來這些技術在有機生物學領域產生了巨大反響。對於基因克隆與分子克隆本身來說，雖然這些術語原本被用來指代細菌或病毒中產生的相同DNA 拷貝（也就是「無性繁殖」），但是沒多久它們就成為整個生物技術領域的象徵，正是這些技術使得生物學家們能夠從生物體內提取基因，並且在試管中進行基因操縱、構建基因雜合體以及在活體生物中擴增基因（畢竟只能利用這些技術的組合來克隆基因）。伯格說道：「只要掌握了基因操作的實驗技術，那麼就可以通過這些手段來操縱生物體。通過基因操作與基因測序工具混合搭配，科學家研究的領域將從遺傳學擴展至整個生物世界，而這種基於實驗科學獲得的膽識在過去看來簡直是天方夜譚。」

就像某位遺傳學家後來回憶的那樣，生物學「被克隆技術解放了……此後生物學領域開始爆發出各種令人驚喜的消息」。

人類成功克隆的第一隻哺乳動物——綿羊多利（Dolly，1996年7月5日－2003年2月14日）。

阿西洛馬會議

重組DNA一直面臨倫理與道德的拷問

1973 年1 月，伯格決定在加利福尼亞組織一次小型會議來解決人們對基因操作技術與日俱增的擔憂。本次會議在阿西洛馬（Asilomar）的帕西菲克格羅夫會議中心舉行。參加本次會議的人員包括病毒學家、遺傳學家、生物化學家以及微生物學家等來自多個領域的學者。伯格後來將其稱為「第一次阿西洛馬會議」，雖然本次會議讓與會者興致盎然，但是卻沒有任何實質性的建議。

伯格與同事們認為，隨著相關研究的暫停，科學家們可以有更多時間來思考自身科研工作的意義。他們提議在1975 年召開第二次會議，並且讓更多的科學家參與到討論中來。1975 年2 月，第二次阿西洛馬會議由伯格、巴爾的摩以及其他三位科學家組織召開，而這也是科學史上最與眾不同的會議之一。遺傳學家再次齊聚到那個清風拂面的加州海灘，他們繼續在這裡討論基因、重組以及未來的框架。

所有參會人員於2 月24 日到達，但是他們並非都是來自生物學領域的專家。伯格與巴爾的摩還特意邀請了律師、記者與作家共同參會。如果要討論基因操作技術的未來，那麼他們不僅需要尊重科學家的意見，還要傾聽社會上廣大民眾的呼聲。

伯格在會議上首先發言。他歸納總結了各項研究數據並概括了目前存在的主要問題。在研究通過化學手段改造DNA 的過程中，生物化學家在最近幾年發現了一種相對便捷的技術，而它可以將不同生物體的遺傳信息進行混合與匹配。伯格指出該技術「極其簡單」，即便是業餘生物學家也能用它在實驗室裡構建出嵌合基因。這些雜交DNA 分子（重組DNA）可以在細菌中進行傳代與擴增（也就是克隆），並且產生數以百萬計的相同拷貝。部分上述分子能夠被導入哺乳動物細胞內。專項小組認識到此類頗具潛力的技術還存在巨大風險，此前預備會議已提議暫時停止開展此類實驗。而召開第二次阿西洛馬會議是為了仔細研討下一步的發展問題。

會議迅速瀰漫出火藥味，主要問題仍然是圍繞自願暫停：科學家開展重組DNA 實驗是否應該受到嚴格限制？當會議進行到最後一天的傍晚時，參會人員依然未能達成任何共識。伯格意識到，會議不應該，也不能夠在缺乏共識的情形下結束。當晚，組織委員會的幾位成員最終為基因技術發展的未來起草了一份方案。該文件從一開始就明確，克隆技術讓科學家在無意中發現了與傳統生物學平行的另類時空。

「這項新技術可以讓不同生物體的遺傳信息結合在一起，並且讓我們置身於充滿未知的生物學競技場……由於我們被迫在知識匱乏的時候做出決定，因此以謹慎的態度來開展此類研究是明智之舉。」

1975 年，保羅·伯格、瑪克辛·辛格與諾頓·津德在阿西洛馬會議期間進行交流，與此同時雪梨·布倫納在後面做記錄。伯格等學者發現某類技術可以讓雜交DNA 分子（重組DNA）在細菌中大量擴增（基因克隆），於是他們建議在這種技術的風險得到充分評估前「暫停」某些重組DNA 工作。

為了降低可能存在的研究風險，該文件提出了針對轉基因生物潛在生物危害的分級方案（四級），同時為不同級別的實驗室提供了指導意見（例如致癌基因插入人類病毒應該屬於最高級別限制，而將青蛙基因轉移至細菌細胞符合最低級別限制）。文件在結尾處要求對基因重組與限制措施開展動態調控，也許這些限制措施在不久以後具有放寬或者收緊的可能。

當閉幕會議於最後一天早晨8點半開始時，委員會專家非常擔心該提案將遭到否決。然而令人驚訝的是，幾乎所有與會者都表態支持這項決定。伯格說：「阿西洛馬會議所取得的重要成果之一就是證明科學家具有自治能力。」當科學界處於進行重大抉擇的時刻，科學家應該如何面對重組DNA 的風險與不確定性？當然還是通過他們最熟悉的研究方法：其中就包括數據收集、證據篩選、風險評估、謹慎決策與集思廣益。

除此之外，阿西洛馬會議促成了科學與公眾交流的機制，嘗試在主流媒體上公開有關基因克隆的擔憂。正如伯格所描述的那樣：「 由於超過10% 的與會者來自新聞媒體，因此公眾的信任感無可置疑地得到了提升。」阿西洛馬會議的最後一個亮點其實更值得商榷。雖然人們在會議中廣泛討論了基因克隆的生物學風險，但是實際上並未涉及該問題的倫理與道德層面。那麼操縱人類細胞中的基因會產生何種後果呢？如果將新的信息「寫入」人類基因（尤其是基因組）會產生何種結果呢？

本文內容整理自《基因傳》第三部分《「遺傳學家的夢想」：基因測序與基因克隆》，由出版方授權使用。

本文來源：新京報書評周刊 作者：（美） 悉達多·穆克吉 責任編輯：安梁_NN2061