新一期美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》報(bào)告說(shuō)，美國(guó)科學(xué)家最近利用“基因剪刀”工具，培育出多個(gè)性狀發(fā)生改變的埃及伊蚊，這些蚊子“外觀(guān)呈黃色、有三只眼睛、翅膀發(fā)育畸形”。該研究旨在通過(guò)基因改造來(lái)阻斷蚊子傳播疾病。但培育一只畸形的蚊子究竟如何造福人類(lèi)？很多人對(duì)“基因剪刀”在基因工程研究中的作用并不理解。

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)家在“基因剪刀”研究方面收獲甚豐，繼2015年中山大學(xué)黃軍就成功修改人類(lèi)胚胎的一個(gè)基因，阻止了這一基因的突變導(dǎo)致地中海貧血癥并因此獲國(guó)際盛譽(yù)后，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院又聯(lián)手南京大學(xué)南京生物醫(yī)藥研究院、廣州醫(yī)藥研究總院等科研單位，攻克犬體細(xì)胞克隆難題，成功培育出世界首例肌肉生長(zhǎng)抑制素基因敲除犬，近期該研究院還宣布培育出體內(nèi)自帶“基因剪刀”的工具豬，并順利在三個(gè)月內(nèi)成功建立起大動(dòng)物原發(fā)性肺癌模型。

盡管還存有爭(zhēng)議，但“基因剪刀”技術(shù)的研究仍有了許多實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，相信不久就會(huì)實(shí)實(shí)在在地造福人類(lèi)。

A “基因剪刀”技術(shù)飛速發(fā)展

名為CRISPR/Cas9的新型基因編輯技術(shù)，俗稱(chēng)“基因剪刀”，在2015年已被美國(guó)《科學(xué)》雜志公布為“2015年十大科學(xué)突破”之首。該技術(shù)2012年才被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，就迅速成為生物醫(yī)學(xué)史上第一種可高效、精確、程序化地修改細(xì)胞基因組包括人類(lèi)基因組的工具。2015年4月，我國(guó)中山大學(xué)科學(xué)家黃軍就宣布在全球首次利用“基因剪刀”技術(shù)成功修改人類(lèi)胚胎的一個(gè)基因，阻止了這一基因的突變導(dǎo)致地中海貧血癥。當(dāng)年黃軍就便因此入選英國(guó)《自然》雜志“年度十大科技人物”。

“基因剪刀”全名應(yīng)為“成簇的、規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列”，是細(xì)菌防御病毒入侵的一種機(jī)制。不同于傳統(tǒng)的基因修飾技術(shù)，“基因剪刀”可以駕馭細(xì)菌的免疫系統(tǒng)、截?cái)嗌踔疗茐膯蝹€(gè)基因，然后在它們的相應(yīng)位點(diǎn)上插入新的基因。當(dāng)人們慢慢探究到基因的不同組合形式、不同表達(dá)、不同功能，再利用此工具進(jìn)行“各個(gè)擊破”，“從治療人類(lèi)各種病癥，到解開(kāi)物種滅絕之謎”，生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域問(wèn)題都可能因此逐步迎刃而解。

盡管還有不少人在擔(dān)心該技術(shù)未來(lái)是否會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“定制嬰兒”（即從胚胎細(xì)胞中敲除某些不好的特定性基因從而培育出理想化的嬰兒）等倫理問(wèn)題，但一些相關(guān)技術(shù)其實(shí)已開(kāi)始運(yùn)用到與我們生活息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)保、醫(yī)療等各種領(lǐng)域。比如科學(xué)家已經(jīng)使用“基因剪刀”成功進(jìn)行了改良小麥和西紅柿的實(shí)驗(yàn)，還生產(chǎn)出抗白粉?。ㄗ钇毡榈目菸≈唬┑男←?，等等。

正如《科學(xué)》雜志執(zhí)行新聞編輯約翰·特拉維斯當(dāng)年所言：“無(wú)論好壞，我們現(xiàn)在都已生活在‘基因剪刀’技術(shù)的世界里?！?/p>

B 中國(guó)科學(xué)家貢獻(xiàn)卓越

中國(guó)科學(xué)家在這方面尤其做出了卓越的貢獻(xiàn)。

2015年，黃軍就曾告訴《自然》雜志，他編輯人類(lèi)胚胎（醫(yī)院廢棄的有缺陷胚胎）基因，是希望“它能揭示癌癥或糖尿病等疾病的基因根源，還能用來(lái)研究胚胎發(fā)育過(guò)程中各基因的功能”。

另一位在哈佛大學(xué)做博士后研究的中國(guó)學(xué)者楊璐菡，則和美國(guó)同事一起敲除了豬基因組中的62個(gè)病毒基因，掃清了豬器官用于人體移植的重大難關(guān)，為全世界需要器官移植的上百萬(wàn)病人帶來(lái)希望。

2014年6月底時(shí)，由中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院聯(lián)合南京大學(xué)南京生物醫(yī)藥研究院、廣州醫(yī)藥研究總院等科研單位共同培育的“世界首例肌肉生長(zhǎng)抑制素基因敲除犬”誕生了。到15個(gè)月左右，這兩只名叫“大力神”與“天狗”的基因敲除犬已明顯表現(xiàn)出遠(yuǎn)比同齡的狗更強(qiáng)壯矯健，運(yùn)動(dòng)力更強(qiáng)。該研究團(tuán)隊(duì)因此在世界上首次建立起了狗的基因打靶技術(shù)體系。2017年5月28日世界首例基因敲除體細(xì)胞克隆犬“龍龍”的誕生，更標(biāo)志著我國(guó)成為繼韓國(guó)之后第二個(gè)獨(dú)立自主掌握犬體細(xì)胞克隆技術(shù)的國(guó)家。

2017年11月16日，中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院賴(lài)良學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的課題組在《基因組研究》在線(xiàn)發(fā)表了最新研究成果，研究人員首次構(gòu)建了新型條件性表達(dá)Cas9基因工具豬模型。他們利用基因打靶技術(shù)，成功地在豬體內(nèi)加入了一把“基因剪刀”，并定位了一個(gè)“開(kāi)關(guān)”（詳見(jiàn)“鏈接”說(shuō)明），讓研究者在研究中能更自如地對(duì)其剪切功能的開(kāi)啟加以控制。利用這樣的工具豬模型，可高效地實(shí)現(xiàn)大動(dòng)物體內(nèi)細(xì)胞單基因、多基因、超大片段基因的編輯，也讓中國(guó)科學(xué)家率先實(shí)現(xiàn)了直接對(duì)成體大動(dòng)物進(jìn)行體內(nèi)基因編輯，并首次建立了大動(dòng)物原發(fā)性肺癌模型。在“基因剪刀”技術(shù)的研究中，這無(wú)疑是再推進(jìn)了一大步。

C 從科研到實(shí)際應(yīng)用仍待思考

一只只特殊的“基因敲除”動(dòng)物的誕生，意味著“基因剪刀”技術(shù)的突飛猛進(jìn)。為什么還是有人對(duì)這種技術(shù)應(yīng)用于我們的日常生活心存質(zhì)疑呢？

這里不想細(xì)談“定制嬰兒”這類(lèi)有關(guān)倫理方面的擔(dān)憂(yōu)，先回到我們開(kāi)篇提到的美國(guó)科學(xué)家培育的“基因敲除埃及伊蚊”。據(jù)研究人員稱(chēng)，目前這個(gè)實(shí)驗(yàn)只是第一步，他們的長(zhǎng)期目標(biāo)是以體內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)Cas9酶的蚊子為載體，插入和擴(kuò)散目標(biāo)基因——比如會(huì)破壞繁殖能力的基因等，從而控制蚊蟲(chóng)數(shù)量，減少疾病傳播。這的確是一種既環(huán)保，成本又更低的防蚊滅蚊手段。但它何時(shí)才能真正應(yīng)用到我們的生活中呢？

其實(shí)，類(lèi)似的研究一直在進(jìn)行中。本世紀(jì)初，就有英國(guó)牛津大學(xué)盧克·阿爾菲博士團(tuán)隊(duì)發(fā)明的一種控制害蟲(chóng)種群的方法，是將一種致死基因轉(zhuǎn)染到昆蟲(chóng)基因組中，在特定條件下，這種致死基因會(huì)刺激轉(zhuǎn)基因昆蟲(chóng)體內(nèi)產(chǎn)生大量毒素，最后導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)死亡。2007年，盧克·阿爾菲教授團(tuán)隊(duì)首次公開(kāi)了利用上述技術(shù)培育出了轉(zhuǎn)基因不育埃及伊蚊雄蚊，還開(kāi)展了一系列野外放飛試驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證這種不育蚊子能否控制埃及伊蚊種群數(shù)量。到2016年8月，美國(guó)FDA出具了報(bào)告，認(rèn)為這種轉(zhuǎn)基因伊蚊的放飛對(duì)人和環(huán)境沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)，卻至今仍對(duì)批準(zhǔn)該轉(zhuǎn)基因伊蚊在美國(guó)的商業(yè)化應(yīng)用一再猶豫。甚至有人提出，某種蚊子的滅絕是否會(huì)導(dǎo)致以此蚊為食的其他動(dòng)物滅絕，從而破壞生態(tài)平衡呢？另外，這些轉(zhuǎn)基因蚊子的后代會(huì)不會(huì)因基因改變而打破和擾亂了它們與宿主的免疫系統(tǒng)之間某種平衡，從而間接地觸發(fā)了另一個(gè)毫不相干的病毒復(fù)蘇和傳播呢？

這種質(zhì)疑與所謂的“定制嬰兒”的倫理觀(guān)相比，顯然是關(guān)于基因工程的又一個(gè)層面的擔(dān)憂(yōu)。相信相關(guān)的其他問(wèn)題還會(huì)慢慢顯現(xiàn)。

總之，從第一只“克隆羊”到如今的“基因剪刀”，基因工程研究的發(fā)展已遠(yuǎn)超乎我們的想象，但它如何順利地、廣泛地應(yīng)用到我們的生活中，仍然是個(gè)值得深思的問(wèn)題。