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betway必威官网手机版:论文CRISPR实现人体胚胎编

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-06-25 23:00

原标题:全球最大试管婴儿基因编辑团队回应质疑:实验未出错,希望更多研究验证其结果

CRISPR 作为一个几乎万能的基因编辑器, 被应用于癌症、HIV、杜氏肌萎缩症等等备受关注的疾病。但是近期, 宣称能使用 CRISPR 安全解决人类胚胎中基因突变的研究却受到了其他科学家的强烈质疑。

原标题:中国科学家再次领先一步!率先将新一代基因编辑技术应用于人类胚胎

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本周,六位科学家就在生物学预印网站BioRxiv发表了一篇针对CRISPR实现人体胚胎编辑的质疑文章,包括纪念斯隆凯特琳癌症中心的Mari Jasin在内的六位科学家质疑的内容就是:胚胎采用的是健康母体DNA作为模版纠正缺陷序列,而不是由研究人员外源提供的DNA。

对人类胚胎的基因编辑一直是学术界和社会舆论的焦点,这项技术挑战着人们对生命的认知和理解。如果这项技术真的付诸实践,那么我们所做的基因编辑,将通过生殖细胞遗传给后代,这不仅涉及接受基因编辑的患者,还对人类后世有着不可磨灭影响。

虽然研究人员对实验结果坚信不疑, 可是 CRISPR 这项技术在应用于预防导致儿童遗传疾病的突变之前, 还有一些重大问题需要解决。英国巴斯大学的胚胎学家 Perry 对此说道, “关于 CRISPR 研究还有许多未落实的问题。”

要论在 CRISPR 基因编辑技术研发上的绝对功劳,美国科学家们当之无愧,但在该技术的临床试验及应用上,中国则功不可没,近年来,中国学者先后将 CRISPR 技术应用于人类胚胎编辑及人体临床试验,走在全球科研的前列。

Eight-cell embryos injected with the gene editor CRISPR–Cas9.Credit: H. Ma et al./Nature

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在 CRISPR 编辑人类胚胎基因方面研究最为深入的团队深陷舆论漩涡。但尽管遭受业界多个科学家的批评,他们依旧认为,他们将继续研发“试管婴儿基因疗法”。

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而今随着新一代 CRISPR 技术的发展,中国科学家再一次率先将单碱基编辑技术应用于可发育的人类胚胎的遗传疾病修复中。近日,上海科技大学与广州医科大学共同合作,以体外受精的遗传缺陷胚胎作为研究对象,使用 CRISPR 单碱基编辑技术,成功的对突变的 FBN1 基因进行修正,验证了单碱基基因编辑技术的安全性与高效性,研究的相关内容发表在 Molecular Therapy 杂志上。

2017年,来自于俄勒冈健康与科学大学的Shoukhrat Mitalipov团队在《Nature》上发文,首次利用CRISPR-Cas9技术成功修复人类胚胎中的一种致病突变。这一由来自中国、美国、韩国的科学家们合力完成的研究有望证明人类能够安全、有效地纠正遗传性疾病的缺陷基因。虽然这些被修改过的胚胎并未被允许继续发育,更谈不上移植入母体子宫,但是这一研究依然是一个里程碑。

8月初,一组研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术在人体胚胎中纠正了引发肥厚型心肌病的基因突变,这是第一次成功利用CRISPR-Cas9技术在人类早期胚胎发育过程中修复疾病基因突变,令不少人激动不已,但是也有一些科学家对此并不买账。《Nature》头条:包括中国学者在内的研究组利用CRISPR成功实现人体胚胎编辑

最近,《Nature》期刊上展开了一场不同寻常的“听证会”。该杂志刊登了两则对俄勒冈州研究团队的评论,以及**Shoukhrat**Mitalipov 和他在韩国、中国、加利福尼亚 Salk 研究所的 31 个同事对于评论的详细回复。

科学家们认为在 CRISPR 被初次用于改变人类胚胎 DNA 的时候, 这项技术已经显示有好多隐患。其中一个漏洞就是 CRISPR 只修复了小部分胚胎的突变。

此次研究不仅是较先前人类胚胎基因编辑工作的一次显著进步,也为未来对体外受精胚胎进行有效的遗传信息编辑提供了希望

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本周,六位科学家就在生物学预印网站BioRxiv发表了一篇针对以上成果的质疑文章,包括纪念斯隆凯特琳癌症中心的Mari Jasin在内的六位科学家质疑的内容就是:胚胎采用的是健康母体DNA作为模版纠正缺陷序列,而不是由研究人员外源提供的DNA。

Mitalipov 本人也极富传奇色彩。他因其研究备受争议的基因疗法而闻名,也是世界克隆猴领域的先驱者。他曾发现一种线粒体疾病治疗方法,即纺锤体转移技术。在这项研究中,Mitalipov 成功培育了“三亲”恒河猴,这意味着遗传方面,它会有 3 个父母。这一研究曾激起对人类卵细胞使用该技术可能性的安全和道德讨论。

然而就在上个月, 由俄勒冈州健康科学大学的 Shoukhrat Mitalipov 率领的团队表明, 他们已经成功提高了 CRISPR 的效率, 并同时避免了影响正常的基因。这项研究一时被宣称为突破性实验。

值得注意的是,此次接受 CRISPR 治疗的胚胎所患上的疾病——马凡氏综合征——正是一种罕见病。

这一进展引起了极大的关注,同时也带来了很多质疑。批评者认为,研究团队的证据并不具备说服力,而且从生物学角度看,这一突破似乎并不可信,同时也加剧了围绕人类胚胎使用基因编辑技术预防疾病的争议声。

原Nature论文报道成果

但是截至目前,关于CRISPR的早期胚胎疗法仍未获得明确定论。可以预见,在未来,科学家还需对这一问题进一步探讨。

而科学家们认为另一个漏洞却还没被解决。由于 CRISPR 基因编辑技术是先剪断 DNA, 再通过细胞的自然修复机制进行修复, 所以精准修复的可能性微乎其微。

论文的通讯作者、上海科技大学黄行许教授则对 DT 君表示,“罕见遗传病的特点之一是多器官损伤,而且是器质性病变。现有的技术,包括在体的基因治疗,都不能治愈,而且治疗费用超过了绝大部分家庭的负担。我们可以想象,罕见病对全社会也许影响不大,但对患者家庭,是巨大的负担和压力;对患者本人,则是全部的痛苦。开发罕见遗传病的胚胎基因治疗将一次性治愈病患,并阻断遗传病的传播。从治疗和经济的角度,都是最好的选择。”

时隔一年,Shoukhrat Mitalipov团队在Nature期刊做出回复,利用新的数据应对去年的质疑之声。

这项由俄勒冈州健康和科学大学的俄裔研究员Shoukhrat Mitalipov领导完成的研究针对的是一种称为MYBPC3的基因突变,这种突变导致心脏肌肉增厚,从而引发肥厚型心肌病。研究人员将来自健康捐赠者的卵母细胞和来自一名杂合携带MYBPC3基因变异的男性的精子(这名男性携带该基因的一个变异版本和一个正常版本)结合,培育出受精卵,然后利用CRISPR-Cas9在变异基因序列上剪出一个缺口,并观察人类胚胎如何修复这些DNA缺口。

图 | Mitalipov 对两则质疑的回复(图源:Nature 官网截图)

但是, 当 Mitalipov 的小组使用 CRISPR 尝试修复导致心脏病的突变时, 他们惊喜的发现大多数的胚胎都进行了精准的修复。

不过,他也提到,胚胎的基因编辑影响深远,因此科学家必须要严格遵循伦理和按照国际规则开展好研究工作。“我们的合作伙伴申请获批了医院伦理委员会的许可,开展了本研究。研究的初步结果是成功的。尽管如此,把胚胎基因治疗应用到临床,需要大量的实验验证可靠性。betway必威官网手机版,需要逐步的临床前实验和临床实验验证,仍然有很长的路要走”,黄行许教授表示。

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结果表明,在实验组中的58个受试胚胎中,有42个胚胎没有携带肥厚型心肌病致病基因突变,占比74.2%。如果不进行基因编辑处理,在50%精子正常的情况下,受精卵正常的概率是50%。也就说,这项研究通过基因编辑将产生完全正常的胚胎的比例从50%提高到了74.2%。而另外27.6%也就是16个胚胎引入了一些非预期的插入或缺失突变。

质疑焦点:模板竟被卵细胞“偷换”?

该团队表示已经在胚胎中发现了一种新的基因修复机制, 它使用精子中的 DNA 作为模型来修复胚胎。如果这个发现是真的, 这意味着我们只能使用 CRISPR 技术改变胚胎中的父系 DNA, 而且这些改变需要与已经存在的母系基因组匹配。

新一代CRISPR 技术治疗**并不值得羡慕的“天才病”**

对此,Nature 发表了题为“Did CRISPR really fix a genetic mutation in these human embryos?”的评论,文章表示,无论接下来会发生什么,关于人类胚胎中是否有可能修复突变的疑问很可能会一直持续下去,直到其他研究人员能够重复这一试验。但是不少国家并未同意胚胎编辑,所以这并非易事。

根据Mitalipov的研究,这些CRISPR编辑后的胚胎做出了令人惊讶的事情——胚胎并没有采用无突变的MYBPC3 DNA序列,而是利用同源的母体序列修复了缺失。

去年 8 月,波特兰俄勒冈健康科学大学的 Mitalipov 报道了一则令全球轰动的新闻,即他们成功修复数十个人类胚胎中的基因突变****这是使用 CRISPR / Cas9 基因修饰工具进行第一次已知的遗传修正突变人胚胎的成功尝试。当然,实验完成后,这些胚胎都被销毁了。

然而, 巴斯大学的 Perry 在 2014 年对小鼠进行类似实验时并没有发现这种基因修复机制。可是即便发现了, 这也没有任何意义。Perry 对此表示, 父系和母系 DNA 在修复的阶段有很大的差异。

具体而言,本次研究由来自上海科技大学黄行许教授与广州医科大学附属第三医院的刘见桥教授共同领导。

编辑胚胎、修复突变

对此,Jasin等人提出了质疑,“在以前的CRISPR实验中并没有发现此类情况”。

Mitalipov 说,这些在早期胚胎上得到的研究成果使转基因人类诞生的梦想又近了一步。

同时, 哈佛大学的着名生物学家 George Church 也认为 Mitalipov 的团队并没有解决导致心脏病的突变。就在不久前发表的批评文章中, Church及同事表示, Mitalipov的团队只表明突变不存在了, 而这可能是因为删除DNA而不是修复DNA造成的。

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Shoukhrat Mitalipov并不是第一个试图纠正人类胚胎中致病突变的团队。早在2015年,中国的黄军就教授就已经打开先河——利用CRISPR技术在这些胚胎中编辑引发β-地中海贫血相关的基因HBB。

这几位科学家认为“受精卵的细胞生物学理论似乎排除了母本和父本基因组之间的直接相互作用”,而这正是Mitalipov和他的同事所提出的同源直接修复机制的必要条件。

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图丨上海科技大学黄行许教授(来源:上海科技大学官网)

在他们的研究中,Shoukhrat Mitalipov团队选用了携带一个基因拷贝突变男性的精细胞,将其与捐赠的健康卵细胞结合,形成胚胎。考虑到人类携带每个基因的两个拷贝,研究人员最终获得的58个胚胎中,约有一半携带突变的拷贝。对此,研究人员利用CRISPR-Cas9基因编辑技术寻找和修复携带的突变。

“关于母本和父本等位基因这种新联系的明确证据是必需的”,但是Mitalipov的研究小组没有提供。Jasin表示,“直接验证基因修正”,包括是否发生母本-父本交换的可能性。

图 | Mitalipov 通过 CRISPR 技术在卵母细胞MII期进行注射修复(图源:Oregon Health & Science University/Nature)

图丨哈佛大学的着名生物学家 George Church

黄行许教授可谓是我国在基因编辑领域的领军人物,近年来,其团队先后以大鼠、猴子、人类胚胎等为研究对象,使用 CRISPR/Cas9 系统对基因组进行编辑,构建各种基因工程细胞和动物疾病模型,获得了令人瞩目的研究成果,相关成果分别发表在著名学术期刊 Cell、Nature、Nature Methods 等上。

基因检测结果显示,在58个胚胎中,有42个胚胎拥有两个正常的目标基因拷贝,即没有携带MYBPC3基因突变。如果没有基因编辑,这一比例将远超预期。其中,只有一个经过修改的胚胎包含一些经过编辑和未经编辑的细胞——这一现象被称为嵌合现象,一直困扰着人类胚胎编辑研究。

BioRxiv文章提出了另外两种可能性:最开始就没有父本DNA的胚胎发育;或者缺陷MYBPC3基因从来没有被无疾病DNA替换。

Mitalipov 和他的团队对大量携带导致心脏病的遗传缺陷的人类胚胎进行了实验。他们证明了 CRISPR 安全有效地纠正导致遗传性心脏病的缺陷基因的可能性。

如果 Church 是正确的, 那说明胚胎的基因编辑实验依旧停滞不前, 删除 DNA 是不可取的治疗方法。

而刘见桥教授则曾成功将 CRISPR/Cas9 系统成功的应用于人类胚胎编辑。 2017 年,由刘见桥教授带领团队再一次完成了中国造的“世界首次”——将 CRISPR 初次应用于人类二倍体胚胎,在胚胎层面对携带遗传突变基因的胚胎进行修复。

在他们的试验中,研究团队提供了MYBPC3一个正常的合成副本,作为CRISPR修复突变的模板。令人惊讶的是,研究人员发现,这些来自于精子的突变,可以通过卵细胞中正常版本的MYBPC3实现错误纠正。这种以卵细胞基因组作为模板的过程并没有被很好地理解,并且被认为在基因编辑试验中很少发生。

Mitalipov等人对此做出了回应:“支持原有研究结论,即人体胚胎能利用第二亲本的基因组作为模版,有效修复引发疾病的基因突变,”Mitalipov指出质疑者并未提供任何自相矛盾的数据,并表示他的研究组将会发布应答。

此外,在 Mitalipov 的研究中还出现了一项极不寻常的现象:研究人员还发现,这些突变是由卵细胞提供的模板修复的,而非编辑过程中研究人员导入的模板,**这也成为本次研究的最大疑点。**

不管怎样, 基因编辑技术的依然有很好的前景和进步的空间。CRISPR 这项研究目前只进行了几年, 还有时间进行研究和改进。

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争议、挑战

“我们知道这些研究结果必须通过更多的研究证实,”Mitalipov写道,“我们也鼓励其他科学家通过他们自己的人体胚胎实验发表文章,重复我们的实验结果。”

鉴于这项研究的突破性进展及对基因疗法开发带来的影响,文章一经发表便引起了人们的广泛关注,这当中也包括那些迅速展开抨击的批评家们。许多科学家猜疑这个实验结果可能是偶然或者人为造假的,并不真实可靠。

由于遗传性疾病大多是由单一突变引起, 所以多数遗传性疾病可以通过认真筛选 IVF 胚胎来进行预防。但是编辑胚胎的突变也不是唯一的选择, 科学家们也可以选择尝试改变精子或者卵子的基因。

图丨刘见桥教授(来源:广州医科大学附属第三医院)

然而,许多批评人士质疑这种说法的合理性,并对团队的结果提出了不同的解释。

科学家们对这一研究成果争论的中心主要集中在 CRISPR 本身众所周知的脱靶效应。**脱靶效应**会对细胞 DNA 中的非靶基因造成损伤。而且,这种损伤很难被发现,特别是在处理仅由十几个细胞组成、仅发育数天的人类胚胎时,因为这些细胞很小,肉眼看不见。

虽然科学家们对 CRISPR 的各种应用提出了强烈的怀疑, 但是同时, 这项技术也在治疗一系列严重疾病方面被给予了厚望。作为一个几乎万能的基因改造武器 , 如果我们能将 CRISPR 编辑技术好好加以利用, 那将赋予它重造世界的潜力。

在此次的研究成果中,研究者们通过体外受精技术,使用来自健康捐献者的卵细胞与来自马凡氏综合征患者的精子,获得了可发育的人类胚胎,并向其中注射新一代 CRISPR 基因编辑系统即单碱基编辑系统使其可以将 FBN1 基因中突变的碱基替换为正确碱基

英国巴斯大学的胚胎学家Tony Perry认为,早期胚胎的结构不太可能让卵子的基因组作为修复精子突变的模板。在受精后发育的最初阶段,卵子和精子的遗传物质驻留在胚胎中不同的区域。他认为,这一阶段,基因组在细胞中是分开的。他课题组曾在小鼠模型上发现,CRISPR在胚胎中可以极其迅速地发挥作用,因此不太可能以母亲的基因组作为模板进行早期纠正。

CRISPR 对基因的编辑有点类似于“剪切”和“粘贴”。通常编辑基因时,CRISPR 首先寻找到需要编辑的精确的位置,并打开 DNA 双链。如果同时还导入了正确的基因模板,细胞就可以利用该模板替换原有的缺陷 DNA 片段,准确而有效地对特定基因进行编辑。

具体而言,研究者使用 CRISPR/Cas9 系统在 HEK293T 细胞中构建了 FBN1 基因突变体 T7498C,进行了模拟实验。根据已有的患者信息,T7498C 突变患者表现为漏斗胸、平足,这是典型的马凡氏综合征症状。

纽约Memorial Sloan Kettering癌症中心的发育生物学家Maria Jasin和哥伦比亚大学的干细胞生物学家Dieter Egli对此也表示了相同的质疑,他们于8月3日在Nature期刊发表了评述文章。

Mitalipov 在去年 8 月份的惊人发现是,刚受精的受精卵竟然“忽略”了他为修复基因突变所导入的正确基因模板;而**来自卵细胞的同一基因的健康模板纠正了精子中的突变 DNA**。换句话说,在刚受精的受精卵中,CRISPR 虽然帮助找到了需要编辑的位置,但“粘贴”进去的却是来自卵细胞的 DNA,而非研究人员注入的模板。这一现象在之前的研究中极为罕见。

成功获得马凡氏综合征细胞模型后,研究者们使用适合的单碱基编辑系统 BE3 对其进行突变碱基修正,并使用 PCR 及测序技术验证实验结果,结果显示,20 个单克隆细胞系中,有 10 个被成功编辑,效率为 50%。

另外,还有一些批评者认为,CRISPR删除了精子基因组中的MYBPC3及其周围的一些基因信息,并不是真正修复了基因。如果缺失的DNA序列足够大,Mitalipov团队应用于胚胎的基因测试只能检测到来源于母亲的MYBPC3。这容易造成“假阳性结果”,即来源父亲的突变副本已经被纠正了,而事实上它们只是缺失。

关于为什么受精卵的基因编辑会出现这一极为罕见的现象,Mitalipov 并未阐述明确的机理,而更多是提出了一些可能的解释。

预实验的成功证明了 BE3 单碱基编辑系统在人类细胞中具有一定的可行性,但编辑人类胚胎才是他们的最终目的。

澳大利亚阿德莱德大学的发育遗传学家Paul Thomas带领团队发表了另一份评论,他们同样认为,当CRISPR编辑小鼠胚胎时,这种缺失偶尔会发生。Paul Thomas说,Mitalipov团队还没有完全解决大规模删除的问题。他认为,还需要看其他研究团队对胚胎编辑的结果。

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基于这一想法,研究者们通过体外受精技术,使用来自健康捐献者的卵细胞与来自马凡氏综合征患者(T7498C)的精子,获得了可发育的人类胚胎,并向其中注射新一代 CRISPR 基因编辑系统,即单碱基编辑系统 BE3,使其可以将 FBN1 基因中突变的碱基 G 替换为正确碱基 A 。随后,研究者将进行过基因编辑的人类胚胎继续培养两天,以观察检测编辑效率。

图 | 研究人员将 CRISPR 基因编辑成分注入人类卵细胞中(图源:《麻省理工科技评论》)

高通量深度测序结果显示,经历过“升级版”CRISPR 单碱基基因编辑后,18 个胚胎中有 16 个只携带有正常的 FBN1 基因(修正率约为 89%),而另 2 个胚胎发生了预料之外的基因编辑。而相较去年使用“基础款”CRISPR 的表现(58 个胚胎中有 42 个得到了修正,修正率约为 72%),如今的“升级版”表现的更胜一筹

不合常理的内源性修复:是生物大发现还是脱靶效应的谎言?

在此次研究中,就技术改进方面,研究团队更多是“做了简单的密码子优化以适于哺乳动物,并利用 mRNA 而不是 DNA 的方式以减少毒性。效果好主要是认真选择适合的靶点,并利用体外的细胞实验进行了仔细的上靶和脱靶等的全面评估。”黄行许教授说。

持怀疑态度的一些科学家,包括纪念斯隆凯特琳癌症中心的 Maria Jasin,也是 《Nature》 第二则评论的作者,认为这在生物学上几乎不可能。这是因为受精后,精子 DNA 和卵子 DNA 暂时是处于不同细胞核中的。如果它们没有直接接触,怎么可能会出现这种修复可能呢?

此次用新一代 CRISPR 技术治疗的马凡氏综合征(Marfan syndrome,MFS),就是一种由基因单碱基突变引起的疾病,一旦患上,人生就是个大麻烦

在去年发表在《Science》上的一篇质疑中,作者 Kelly Servick 也举出一名中国团队的研究佐证。在 2015 年,中山大学黄军就副教授在一项人类胚胎 CRISPR 基因编辑研究中展示了与 Mitalipov 研究截然不同的图景:虽然内源性修复并非完全出人意料,但**在这里,精子和卵子核似乎相距太远而不能在修复中合作。**

马凡氏综合征又称蜘蛛指(趾)症、肢体细长症,是常染色体 FBN1(Fibrillin-1)基因单碱基突变引起的显性遗传疾病,患者全身结缔组织异常,表现为四肢、手指、脚趾细长不均匀,身高明显高于常人,看似“天赋秉异、骨骼清奇”,患者却无比痛苦。

而在最近发表于《自然·生物技术》(Nature Biotechnology)杂志的一篇关于 CRISPR/Cas9 脱靶效应研究的文章中,其作者 Allan Bradley 认为,在 CRISPR 编辑过程中会出现大量 DNA 序列缺失,缺失可达**几千个碱基对**(bp)。此外,CRISPR 基因编辑还会导致DNA 序列重排,即原本相距很远的 DNA 序列被拼接在一起。而这些现象在他们的测试中十分普遍

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图 | 马凡氏综合征患者的手指通常比普通人长,且关节处表现异常 (来源:mayoclinic)

图 | 《自然·生物技术》对 Cas9 引起的 PigA 损失率统计(图源:Nature Biotechnology)

天赋是一场与上帝的交换游戏,而交换的往往是寿命及健康,对于马凡氏综合征的患者来说,**30 岁就意味着死亡的来临。该疾病可同时影响骨骼、关节、眼、肺等多个器官,最大的生命威胁来自于血管病变**,而每 5000 个人中,就有一名马凡氏综合征患者。

鉴于 Mitalipov 的初步研究报告没有完全排除其他可能性,许多评论家对此研究的怀疑又多了一分。试想,如果在研究中,CRISPR 不小心删除了父亲的基因,而不是修复它,这可能导致实验结论完全错误。

随着近年来身高成为各种运动项目选拔衡量的重要标准,越来越多的马凡氏综合征患者由于突出的先天条件被选中,而也由于他们最终发病、早早地陨落使得该疾病得到越来越多的关注

阿德莱德大学的鼠类遗传学家 Paul Thomas 提出,如果 CRISPR 对基因造成的损伤未被发现可能会导致怪物婴儿的诞生。

在新生儿中,如果有父母一方患病胎儿患病的概率就高达 50%,如果能在胚胎阶段就修正这种致病错误,就可以让许多家庭体验平凡的幸福。

“在临床应用中,如果没有发现确实存在的大规模基因缺失,可能会导致潜在的灾难性后果,”Thomas 写道,并补充说,需要开发更好的方法来衡量 CRISPR 对胚胎的真正影响,因此 CRISPR 的作用“不能被过分夸大”

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然而,Mitalipov 认为他的结论是站得住脚的。他的研究团队再次分析了从编辑过的胚胎中取出的数百个细胞中的 DNA,并没有发现 CRISPR 出现大错误的证据。

(来源:labiotech)

Mitalipov 在 8 月 9 日发表于《Nature》的回复中表示,他的团队寻找了 MYBPC3 基因的周围,并发现**在一定范围内寻找不到任何删除的迹象。下图中展示了 Mitalipov 对编辑基因附近的上万个碱基对**进行了 PCR 测试。在新的回应中,Mitalipov 指出,这一内源性修复或是 CRISPR 在早期胚胎的后期阶段起作用的结果。

天才和疯子只有一线之间,有些疾病也这般残酷。幸运的是,人类治疗这些疾病的手段也愈发先进,那么,如今的“升级版”与“基础版”有什么异同呢?

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从基因“魔剪”到“橡皮擦”

图 | Mitalipov 在回复中指出未发现 MYBPC3 基因周围存在删除迹象(图源:Oregon Health & Science University/Nature)

编辑基因、改写生命是人类一直以来的梦想,经过无数代研究者的努力,科学家们发现了包括锌指核酸内切酶(ZFN)、类转录激活因子效应物核酸酶(TALEN)、CRISPR/Cas 系统这三种基因编辑手段,而由于 CRISPR/Cas 系统操作简便,成本低廉,高效稳定,近年来在植物、动物实验中被广泛使用。

更重要的是,已经有其他实验室证实了 Mitalipov 意外发现的 DNA 修复现象。例如,麻省理工学院的一个研究团队在今年早些时候声称,在小鼠胚胎中进行的 CRISPR 研究“确凿地”证明这种奇特的 DNA 修复现象也发生在小鼠中。

CRISPR/Cas 系统是一种存在于大多数细菌或古细菌中的一类后天获得性免疫,当外源遗传物质入侵时,CRISPR/Cas 系统首先会将入侵的噬菌体或外源质粒 DNA 信息整合到自身 CRISPR 序列中,当病毒再次入侵时,CRISPR/Cas 系统可对其进行识别并摧毁。

该研究的负责人冯国平在一封电子邮件中说,他的研究“支持”Mitalipov 的结论。

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饱受争议的基因编辑将何去何从?

图 |CRISPR 正在成为最热门的基因编辑工具 (来源:Verdict)

Mitalipov 仍然想证明 CRISPR 在胚胎编辑中是安全的,他十分希望其他科学家能够独立重复出他的结果。同时,在一次采访中,他表示该技术还需要 5 到 10 年的时间,才可能在试管婴儿中心进行试验。

利用这一原理,研究者们构建了由 Cas9 核酸内切酶和向导 RNA(sgRNA)两个主要元件组成的“基础款”CRISPR/Cas9 基因编辑系统。sgRNA,能够识别靶 DNA 序列中保守的前间区序列邻近基序(Protospacer Adjacent Motifs,PAM),通过与 Cas9 蛋白结合引导 Cas9 核酸内切酶定点切割靶向 DNA

Mitalipov 正在推行的这种革命性医疗技术是通过编辑胚胎 DNA 以消除疾病风险的一种方法。这一方法有时被称为种系基因编辑,因为任何编辑过的胚胎成人后都会把编辑后的 DNA 通过生殖细胞,卵子或精子传递给后代。

但“基础款”的缺点是一旦进行工作,就会彻底的“门户大开”——DNA 双链同时切断这就意味着额外插入和缺失基因的风险将大大增加尤其是对于由单碱基突变导致的疾病基因“魔剪”似乎太大材小用了

在研究中,Mitalipov 团队以每人 5000 美元的酬劳招募波特兰各地的女性以获得卵细胞。通过这些卵细胞,该团队制造了 160 多个胚胎。并且,他们将继续招募卵细胞捐献者来确认研究结果并进一步扩展到新的方向。

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betway必威官网手机版:论文CRISPR实现人体胚胎编辑的结果,CRISPR能否修复人类胚胎中的基因突变。图 |新一代 CRISPR 只需修改单个碱基就能治疗疾病 (来源:The Scientist)

图 | Shoukhrat Mitalipov,用 CRISPR 编辑胚胎细胞 DNA 的先驱。(来源:麻省理工科技评论)

为弥补这一缺点,来自哈佛大学的 David Liu (刘如谦)对 CRISPR 系统进行了“升级”,带来了基因“橡皮擦”:在编辑过程中,新工具并非对序列进行剪切,而只针对单一碱基,重构单碱基原子结构,进而触发细胞对其他 DNA 链进行修复,而不会造成 DNA 断裂。

Mitalipov 拒绝透露该中心去年制造了多少胚胎,但他表示,该中心是全球唯一一个大规模进行试管婴儿胚胎基因治疗的中心。

关于碱基编辑器技术,黄行许教授对 DT 君说,“碱基编辑器技术在第三代的基因编辑技术 CRISPR/Cas9 基础上开发,相关论文于 2016 年发表。由于准确和高效实现单碱基编辑,具备不造成 DNA 双螺旋断裂,脱靶可能性极低等优势,碱基编辑器技术被业界称为第四代基因编辑技术。2017 年被 Nature评为了年度突破性进展之一。”

Mitalipov 说,在胚胎上使用 CRISPR 是确定如何使种系基因编辑安全有效并取得进展的唯一途径。“如果我们不这样做,就永远不会靠近这个目标。”

“人造人”的未来

中国和英国的某些团队也曾尝试用 CRISPR 编辑胚胎。但他们可以努力的范围很有限,因为在许多国家,胚胎编辑受法律限制。Thomas 说,这使得任何人都很难独立证实 Mitalipov 在人类胚胎中的发现。

发展的技术为医学的实践提供了机会,但背后更多的动力,是来自人们观念的松动,理念的认同。对人类胚胎的编辑一直是个敏感的社会话题,“人造人”带来红利的同时,背后更也有说不清的伦理、道德、社会问题,但是否应该因此将其束之高阁

使用基因编辑来纠正试管婴儿胚胎中的疾病突变也仍然存在争议。最近的一项民意调查发现,美国人支持预防疾病的想法,但对人类胚胎基因编辑技术仍感到不安。

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但在伦理道德的背面,却是基因编辑技术令人兴奋的应用前景。

(来源:Kurzgesagt)

这种类似“剪刀”的基因编辑技术如果发展成熟,**可以应用在大约 10000 种基因导致的人类遗传性疾病当中**,这无疑对攻克目前难以治愈的人类疾病具有重要意义。但任何疗法在早期开发过程中,都需要进行多轮实验和测试。而与其他疗法不同的是,基因编辑技术改变了患者的遗传信息,而这些信息可能通过生殖细胞一代代的遗传下去。换句话说,基因编辑技术正在修改着人类的物种基因库。这会对人类这个物种带来怎样的影响?这个问题目前很难获得答案。

探索是中国的选择。自 2015 年来,中国的科学家们先后多次参与人类胚胎编辑项目,并取得领先的成果,但却引发了一场全球性的激烈争论。就在我国科学家发布全球首例胚胎编辑研究成果不久,由美国国家科学院召开的国际峰会上得出了通过基因编辑工具获得遗传信息编辑后代的行为是“不负责任的”、是缺乏社会共识的结论

我们可以对早期人类胚胎进行基因编辑吗?这或许是另一个很难回答问题。科学的本质应当是为人类服务,但在探索的过程中或许付出一些代价在所难免。以何种方式付出怎样的代价,是一个引人深思的问题。

但仅仅两年后的 2017 年,态度就开始缓和。一份来自美国国家科学院和国家医学研究所的公告指出,未来基因编辑工具可被用于严重遗传性疾病的临床试验中,但必须处于严格的监管下

-End-

上个月,英国纳菲尔德生物伦理学委员会(Nuffield Council on Bioethics)的专家表示,尽管目前不应修改法律允许编辑人类基因组,用以纠正后代的遗传缺陷,但在未来的立法中不应排除这种可能性。一项美国皮尤研究中心(Pew Research Center)的调查显示,72% 的美国人认为,将基因编辑技术用于未出生的婴儿的遗传信息编辑,从而使其避免严重的遗传疾病可谓是物尽其用,恰到好处

编辑:戴青,包纯洁

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参考:

(来源:Marina Muun)

但似乎科学家们的眼光总能超出常人一步: 在普通人狐疑惊恐时,他们激进而充满希望,在普通人兴奋欢呼时,他们又顾虑重重。

“尽管目前关于碱基编辑的相关研究论文已经有 50 余篇,但这个领域还很新,只有两年,”刘如谦评价道,“我们仍旧需要更多的研究,来验证由碱基编辑带来的可能后果。”

同样持谨慎态度的还有本项研究的参与者黄行许教授。黄行许教授认为,胚胎基因编辑虽然值得期待,但仍需大量实验验证可靠性

他对 DT 君说,“我们知道,目前已经鉴定出来的罕见遗传病有10000多种,已经确定致病基因的7000多种,超过了人类疾病的10%。其中具备有效治疗措施的只占6%不到,是世界医药研究的最大难题之一。随着测序技术和分子诊断技术的发展,越来越多的遗传病会被鉴定出来。”

而对团队下一步的研究计划,betway必威官网手机版:论文CRISPR实现人体胚胎编辑的结果,CRISPR能否修复人类胚胎中的基因突变。黄行许教授对 DT 君说,“我们正在继续完善马凡氏综合征的胚胎基因治疗实验研究。下一步挑战的疾病也有些不成熟的想法,但还需要深入调研,谨慎选择适应症和靶点。我们将继续保持基因编辑和基因治疗的兴趣和技术优势,深入罕见遗传病的胚胎基因治疗研究。”

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