DNA革命:CRISPR基因編輯 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

DNA革命:CRISPR基因編輯

建立於 2016/08/21
撰文:麥可.史派克特 Michael Specter;攝影:葛雷格.吉拉德 Greg Girard

「這是十分驚人的技術,有許多大用途。但如果要用在改寫生殖系列這種攸關命運的大事,科學家必須能告訴我這麼做的強烈理由。」埃里克.蘭德說,他是哈佛大學與麻省理工學院共同成立的博德研究所主任,也是人類基因組計畫的主持人。「他們必須能告訴我是人類社會選擇這麼做的,而且除非有廣泛共識,否則這件事不會發生。」

「科學家沒有立場回答這些問題,」蘭德告訴我:「我不確定誰有。」

在馬里蘭大學醫學院拉爾斯.波多夫的實驗室中,人類血液通過豬的肺臟後流出。每年有數千人因為等不到可移植的人類器官而喪命。科學家正以CRISPR進行試驗,希望能移除豬器官中對人類有害的病毒。豬器官已可成功移植到靈長動物身上。攝影:葛雷格.吉拉德 Greg Girard。圖片來源:《國家地理》雜誌2016年8月號

CRISPR-CAS9由兩部分組成,一部分是酵素Cas9,它的作用就像一把細胞手術刀,可切割DNA(在自然界,細菌會用它來切斷入侵病毒的遺傳密碼使其失去作用),另一部分則含有嚮導RNA,可以把手術刀帶到正確的核苷酸(可組成DNA的化學單位)剪接位置。(研究人員在談話中經常省略Cas9這個字,也不使用CRISPR不甚優美的全名:「群聚且有規律間隔的短回文重複序列」。)

嚮導RNA的準確性讓人稱奇:科學家可以把替代基因片段送到由數十億個核苷酸組成的基因組中任何位置,一旦抵達目的地,Cas9酵素就會切掉欲移除的DNA序列,接著細胞再利用隨著CRISPR工具包進入的核苷酸鏈來修補缺口。

美國疾病防制中心根據其他蚊媒疾病的模式估計,等到波多黎各的茲卡病毒疫情受到控制時,波多黎各350萬人口中可能至少有四分之一受到感染,也就是說,可能有數千名孕婦會遭感染。

目前對抗茲卡病毒唯一有效的方式會是把整個島浸在殺蟲劑裡,但詹姆斯等人說,更好的方法是用CRISPR編輯蚊子的基因,然後用基因驅動技術造成永久的改變。

基因驅動可以超越傳統的遺傳規則。有性生殖的動物通常會從父方與母方各得到一套單倍的基因,然而有些「自私基因」由於演化而擁有超過50%的遺傳率。理論上,科學家可以結合CRISPR與基因驅動技術,改變某物種的遺傳密碼,只要把想要的DNA序列接在這些遺傳率較高的基因上,然後讓動物自然繁衍。結合這些工具,可以讓幾乎任何遺傳性狀在一個種群中散播。

詹姆斯去年在《美國國家科學院學報》發表了一項研究,他利用CRISPR改造出一種無法傳播瘧原蟲的瘧蚊。「我們植入了一小段基因,蚊子的生理機能一如往昔,」他解釋:
「只有一個小改變。」這個改變讓這些致命的寄生蟲無法透過蚊子傳播。

「我默默工作了數十年,但如今一切都改觀了,過去幾個星期以來我的電話鈴響沒停過。」詹姆斯看著桌上那一疊留言紙說。對抗攜帶多種病原的埃及斑蚊,需要採取稍微不同的策略。他告訴我:「你需要做的,是設計一種基因驅動讓斑蚊不孕。如果只是設計出抗茲卡病毒但仍會傳播登革熱等疾病的蚊子,那沒有道理。」