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基因治疗新技术将带来哪些影响


前不久,英国《自然·生物医学工程》杂志发表的一篇论文,介绍了通过纳米颗粒而非病毒来递送CRISPR基因组编辑分子的方法。文中提及的实验中,美国加州大学伯克利分校的尼润·穆西(Niren Murthy)博士等,利用这种非病毒递送方法,有效纠正了引起小鼠杜氏肌营养不良症的遗传突变。就此话题,穆西博士近日接受了《科普时报》记者的采访。

记者:相对于以往的基因编辑技术,Crispr-Cas9 技术有哪些新的突破?

穆西:Crispr-Cas9 是基因编辑领域的革命性新技术。它能够根据DNA序列的特异性来精准剪切DNA,在Crispr-Cas9技术之前这是无法实现的。更重要的是,借助于细胞的自我修复能力,这项技术能够通过“剪切”DNA来修复基因突变,从而治愈遗传病。

在我们最新发表的论文中,主要论述了通过注射一种叫做Crispr-Gold的纳米颗粒载体(其中包含Cas9蛋白、向导RNA和供体DNA)从而修复动物的基因突变。在此之前,人们只能通过使用细菌作为载体来实现这一目的。而不同于非毒性的纳米颗粒,细菌这种载体将会对患者产生较大的副作用,造成患者身心极大的痛苦。我们期望在有效修复基因突变和治愈遗传疾病的同时,能够将副作用最小化。当前的最新研究成果能够让我们通过以纳米颗粒替代细菌作为载体,是一项重大的突破。

记者:如果能够真正实现Crispr基因治疗全面应用于医疗,还有哪些技术难点需要攻克?

穆西:基于Crispr-Cas9技术的基因治疗技术在治疗遗传病方面具有极大的潜力。然而,要将该技术应用于治疗,我们需要一种能够将Crispr-Gold载体导入细胞的有效手段。这是当前该技术需要突破的难点,也正是我们最新的研究中所期望解决的问题。将Crispr-Gold导入患者体内的细胞中难度很大,不同于普通的药物注射,它要求能够同时导入蛋白质、RNA和DNA。由于它们属于较大的分子,无法直接穿透细胞壁,因此要使得它们进入细胞就需要使用一些“伎俩”让细胞“允许”它们通过,比如让细胞“以为”这些大分子是“日常的食物”。而细胞本身具有降解外来DNA和RNA的“天性”,这种特性给“导入”的过程增加了很大的困难。

记者:基于Crispr-Cas9技术的基因治疗有什么特点?是否会产生痛苦?

穆西:基于Crispr-Cas9技术的基因治疗的操作方式,将直接向病变组织进行注射或静脉注射,它的毒性和痛苦都是很小的,治疗过程所带来的痛苦可能就跟普通注射带来的痛苦程度相当。另外,Crispr-Cas9基因治疗有可能仅仅需要通过一次注射便可治愈遗传疾病。如此高效和简易的治疗方式,使得这项基因技术在生物医学领域具备极大的潜力。大部分的遗传疾病,例如杜兴氏肌肉营养不良症,会给患者带来很大的痛苦,如果通过注射就能够治愈这些疾病,那么治疗过程所带来的痛苦相对来说就很小了。

记者:Crispr基因治疗的疗程一般有多长?

穆西:Crispr-Cas9基因治疗技术的原理是修正引发遗传疾病的根本诱因——基因突变,这是基因治疗相比其他疾病治疗的独特之处。举例来说,癌症、心脏病、老年痴呆症等疾病,我们实际上并不清楚诱发这些疾病的最根本原因,因此也就无法完全治愈这些疾病,而只能通过药物或手术进行缓解和改善。然而,对于遗传疾病情况则不同。我们已经知道遗传病是由基因突变导致,那么通过应用Crispr-Cas9这类基因治疗技术,理论上我们可以从根本上将其治愈。Crispr-Cas9技术通过剪切突变的DNA,使得细胞在修复自身DNA的过程中将突变进行修正。虽然目前我们还不清楚治愈一种遗传疾病在患者身上需要多长时间,然而在我们对小鼠进行的实验中发现,基因突变的小鼠在接受注射的2-3周后,情况有了显着的改善。如果应用在人体上,或许需要更长一些的时间。

记者:Crispr基因治疗的副作用会是怎样?

穆西:基于CRISPR-Cas9的基因治疗的副作用理论上讲是比较小的,其潜在副作用和它的脱靶DNA裂解效应有关。之所以说它的副作用比较小,是因为我们注射的是Cas9蛋白本身,而它在修正基因突变之后是能够被分解的。尽管如此,仍有些潜在的问题可能会带来副作用,例如身体对于Cas9蛋白的免疫反应。由于Cas9是细菌性蛋白,因此患者的免疫系统可能对Cas9产生免疫反应,这个过程有可能会产生毒性。不过,我们在试验中没有观察到小鼠对Cas9蛋白产生明显的免疫反应,但人体有可能会不同。

记者:基因治疗对于后代会产生哪些影响?通过基因治疗后的母体还会将曾经变异的基因遗传给后代吗?

穆西:通过CRISPR-Cas9基因治疗修复后的基因,理论上是几乎不可能遗传给下一代的。这是因为它所修复的是患者体内的某一组织(例如肌肉组织)的DNA,而非精子或卵子中的DNA。因此从理论上讲,下一代不会遗传上一代已经修复过的基因,也就是说,下一代仍然有可能会遗传上一代导致遗传病的突变基因。这也就意味着,即使成年人进行了基因治疗,该遗传病仍然有可能会遗传给下一代。

记者:基因编辑技术是否会用于“优化”人类?是否会产生伦理道德争议?

穆西:目前针对胚胎的CRISPR-Cas9基因编辑已经成为可能,这同时也带来了伦理道德方面的风险。当前,我们还不能够完全理解对胚胎进行基因编辑所带来的长期生物方面的影响,因此目前在胚胎上进行基因编辑的研究也没有深入。然而,未来人们有可能对胚胎进行基因的替换,把不良基因替换成优质基因,这也必然就会导致“工厂婴儿”(Designer Babies,又译“设计婴儿”)的产生。随着基因编辑在胚胎方面的应用拓展,伦理道德上的争议也会越来越多。

记者:基因编辑技术Crispr除了可以编辑人类的基因之外,是否还可以用于改良动物或植物的基因?

穆西:CRISPR-Cas9基因编辑技术的应用非常广泛,它可以应用于任何的物种。不仅如此,由于细菌和人类的DNA的基本元素相同,CRISPR-Cas9能够编辑任何有机生物体。举例来说,目前CRISPR-Cas9已经广泛应用于植物生物技术,美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准了经CRISPR-Cas9基因编辑的农作物,是一种被去掉“变褐色”基因的蘑菇,改造后的蘑菇在切开放置后不会像以前一样切口处颜色变深。CRISPR-Cas9基因编辑在动物方面也有广泛的用途,例如,它已经使得人们可以通过新的途径制造转基因小鼠,从而被应用于动物养殖业。

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