“这是一条很大的红线”

Cas9酶是CRISPR系统的关键。资料来源:MELETIOS VERRAS

■新宇，本报见习记者

杰夫·卡罗尔发现自己携带了导致亨廷顿舞蹈症的突变基因。亨廷顿舞蹈症是一种损害大脑和神经系统的遗传性疾病，患者会英年早逝。他知道他的母亲在四年前得了这种病，他自己也差点得了这种病。

因为有50%的机会将同样的悲剧命运传给后代，卡罗尔夫妇决定不要孩子。通过了解这种疾病，卡罗尔发现了一种叫做植入前基因诊断的过程。卡罗尔和他的妻子通过体外受精和胚胎筛选几乎可以消除这种突变的遗传可能性。他们决定尝试一下，并在2006年生下了没有亨廷顿突变的双胞胎。

卡罗尔现在是美国西华盛顿大学的研究员。他正在使用CRISPR基因编辑技术来调节小鼠细胞中亨廷顿舞蹈症突变基因的表达，这可能有助于和他处境相同的夫妇。

然而，卡罗尔仍然担心使用CRISPR改变人类胚胎基因的前景。"这是一条很大的红线。"

基因编辑本身面临许多技术挑战，但人们最关心的是基因编辑带来的意想不到的基因变化杰克逊实验室的干细胞研究专家马丁·佩拉说，“然而，这个挑战可能是最容易克服的。”

目前，最流行的基因编辑方法是CRISPR-Cas9。CRISPR-Cas9是微生物在长期进化过程中形成的一种适应性免疫防御，可用于抵抗入侵病毒和外源DNA。目前，CRISPR-Cas9已被人类重复使用，并建立了一个强大的核糖核酸导向的脱氧核糖核酸靶向平台，主要用于基因组编辑、转录破坏、表观遗传调控等。

“偏离目标”的基因编辑

CRISPR-Cas9基于这样的原理，即通过提供一个核糖核酸片段，Cas9酶被引导到基因组中的一个特定位置来切割脱氧核糖核酸。

然而，Cas9和类似的酶也能在其他位点切割非靶DNA，特别是当基因组中有一个类似靶的DNA序列时。这种“偏离目标”的错误估计可能导致健康问题:例如，肿瘤抑制基因的变化可能导致癌症。

研究人员一直在寻找一种错误率较低的Cas9酶，这取决于目标基因组的位置。小鼠和人类细胞之间以及成熟细胞和胚胎细胞之间的误差率可能不同。目前，许多基因编辑酶仅在小鼠或培养的人类细胞中进行了研究，而在人类胚胎中却没有。

考虑到在每个细胞分裂过程中会发生少量的DNA变化，一些科学家认为DNA切割的错误率不一定为零。某些脱氧核糖核酸的背景变化是可以接受的，特别是当这种技术用于预防或治疗某些严重疾病时。

尽管一些研究人员认为目前的CRISPR错误率足够低，但巴斯大学胚胎学家托尼·佩里认为，“我们并不真正具备人类卵母细胞和胚胎细胞的编辑特异性。”

DNA修复可能使基因编辑更准确

Cas9或类似的酶切割DNA后，伤口的愈合取决于细胞。但是细胞修复的过程是不可预测的。

有两种常见的修复方法。如果基因编辑的目的是关闭突变基因的表达，非同源末端连接方法可能是有用的，该方法通常删除切割位点的一些DNA碱基。

另一种是同源定向修复，它允许研究人员根据编辑好的模板在切割位点复制DNA，以重写DNA序列。

但是这两种方法都很难控制。由非同源末端连接引起的基因缺失可能大也可能小，导致不同的DNA序列。同源定向修复对基因编辑过程有更多的控制要求。目前，还不清楚人体内同源定向修复的效果如何，甚至不清楚它是如何工作的。

2017年发表在《自然》杂志上的一项研究称，CRISPR-Cas9被用于人类胚胎，以纠正与心力衰竭相关的基因变异(这些胚胎从未被植入基因)。结果显示，被修饰的细胞使用母亲的基因组作为DNA修复模板，而不是研究人员提供的DNA模板。

但是其他研究人员后来报告说，他们不能重复这个结果。加州大学伯克利分校的分子生物学家珍妮弗·杜德纳说:“目前，我们不知道胚胎是如何处理dna修复的。我们需要对其他物种的胚胎做大量的工作来理解它的基本原理。”

研究人员正在探索解决与DNA修复相关的问题的方法。

《自然》杂志今年6月发表的两份报告讨论了一种CRISPR系统，这种系统可以在不破坏两条链的情况下将DNA插入基因组，从而绕过对DNA修复机制的依赖。如果该系统能经受住进一步的测试，研究人员就能更好地控制基因编辑。

另一种方法是使用一种叫做基本编辑的技术。碱基编辑器将一个失败的Cas9与一种能转换DNA碱基的酶结合在一起。失败的案例9将碱基编辑器指向基因组中的一个位点，在那里它将直接引起DNA的化学变化，而不是切割。

然而，《科学》杂志4月发表的研究表明，一些基础编辑也很容易偏离目标，研究人员正在努力提高他们的准确性。

如何编辑人类胚胎是安全的

即使基因编辑的目标和准确性是完美的，在人类生殖系统中哪种类型的基因编辑是安全的仍然是一个问题。

2017年，美国国家科学、工程和医学研究所领导的一项国际研究概述了人类胚胎基因编辑应满足的条件。其中一个标准是基因编辑产生的DNA序列在人群中已经很常见，并且没有已知的疾病风险。

此外，人类胚胎基因编辑的临床试验也面临一系列新的挑战。例如，在这项技术被认为是安全的之前，需要多长时间来追踪基因编辑过的儿童？研究人员将如何追踪这些孩子的孩子来研究代际效应？美国波特兰州立大学的生物伦理学家布莱恩Cwik说:“这将是一场混战。”

5月22日，美国国家科学、工程和医学研究所和英国皇家学会宣布成立一个委员会，研究基因编辑的遗传特征，并计划明年发表一份研究报告。

我们准备好“冒险”了吗

尽管基因编辑在理论和技术上面临巨大挑战，但解决其伦理和社会问题可能更加困难。世界各地的科学组织就这一问题发表了报告和立场声明。

达成全球共识是一项艰巨的任务，目前关于这一问题的谈判大多在西方国家进行。

印度班戈大学的人类学家凯瓦尔·克里斯汉说，在印度，很少有人讨论基因编辑。

瑞士日内瓦大学生物伦理学家、世界卫生组织前顾问阿布哈·萨克斯纳(Abha Saxena)希望谈判能够继续，即使达成全球共识的最终目标可能无法实现。“我们准备好了吗？很难说。但人类总是充满冒险精神。”萨克斯说。

《中国科学日报》(2019-07-04第三版国际版)