基因編輯技術在中國的實驗:如果使用這種技術不慎重會造成什麼大錯

查莉亞‧哥維特

一個失敗的實驗

但首先讓我們回到經基因編輯而生的中國嬰兒這一話題,特別是探討如果使用這種技術不慎重會鑄下什麼樣的大錯。

賀建奎被判犯“非法行醫罪”,入獄3年。

賀建奎的胎兒基因編輯目的是為三個胎兒引入一種只自然存在於1%的北歐人身上的變體CCR5蛋白質。而東亞人攜帶的CCR5則是另一種常見版本。罕見的CCR5變體缺少32對遺傳密碼字母(或曰鹼基對)。因此,雖然CCR5產生的蛋白質通常位於白細胞表面,但擁有這種變體CCR5基因的人其CCR5蛋白質會發育不良,無法到達白細胞表面。因此當這類人接觸到艾滋病毒時,病毒因無法識別和接觸CCR5而不能偷偷潛入人體內,因此他們對艾滋病毒有免疫力。

這是賀建奎的如意算盤,但結果卻是兩回事。

雙胞胎嬰兒露露和娜娜最後攜帶的CCR5並非原設想的可抗艾滋病毒的變體CCR5,而是擁有完全不同新基因的版本。本來,每個嬰兒照例會從父母遺傳兩個CCR5基因組,一個來自父親,一個來自母親,但這兩嬰兒的兩組CCR5基因的編輯卻不一致。娜娜意外地在一個CCR5基因組多了一個鹼基對,另一組卻被刪除了四個鹼基對。與此同時,露露繼承自父母的一組CCR5基因組意外刪除了15個鹼基對,另一組則沒有改變。

薩哈說,“我們以前從未見過這種情況的CCR5蛋白質,我們也不知道它們在人體中會起到什麼功能。……現在基本上這是一個仍然還在做的實驗。”

目前,大多數基因編輯都使用簡稱“Crispr”的基因剪輯技術。這是諾貝爾獎得主艾曼紐·卡彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和珍妮弗·a·杜德納(Jennifer a Doudna)於2012年發明的。這項技術依賴於一種在大量細菌中發現的一種古老免疫系統。當遇到潛在的病毒威脅時,這種細菌的免疫系統就會複製並貼上該病毒的一些DNA到自己的基因中,然後用來作為識別該病毒的準確基因序列的剪刀,一旦遇到病毒再次入侵,就能識別並剪斷,讓病毒失效。

上述過程大致與編輯人類細胞相同。科學家使用一個作引導的基因序列向人體中的Crispr系統顯示需要結合和剪斷的基因序列位置,使其能夠精確地瞄準特定的基因並剪掉不需要的片段。然後,細胞自身的修復系統就會修補彌合斷裂處,留下一個完整但已作修改的基因組。

然而,這個剪輯過程並不一定會照章辦事。中國基因編輯嬰兒就發生“脫靶效應”的錯誤。所謂脫靶效應是指Crispr系統綁定了一個基因序列,而這個序列恰好看起來與應該要剪掉的序列相似,因此發生剪錯序列,即脫靶的錯誤。而這是基因編輯常發生的問題。最近的一項研究發現,基因編輯超過一半會出現未按計劃錯誤剪輯的情況。

科學界認為,娜娜的兩個CCR5基因組的編輯修改,可能足以保護其不受艾滋病毒感染,但露露的一個CCR5基因組是自然原生態,這即是說她可能仍然會受感染。

賀建奎的中國嬰兒基因編輯不只是建立了新的基因突變,而且沒有改變每一個細胞的基因。露露和娜娜既有經過基因編輯的細胞,但也有從父母那裡遺傳來的原生CCR5基因。然而沒有人知道人體CCR5基因中要改造多少比例才會對艾滋病毒產生抗體。

出現這種“鑲嵌現象”源於這樣一個事實:編輯胚胎比改變一個新受精的卵子更容易,後者只有一個細胞。但編輯多細胞的胚胎也意味著,可能會出現並非所有的胚胎細胞都能得到等同一致編輯的結果,會有一些細胞被編輯改變,另一些則維持原始的基因序列。當胚胎分裂併發育成不同的器官和組織時,這種鑲嵌變異仍然會存在。所以如果開始有四個母細胞,其中一個帶有經編輯而基因突變的CCR5,最後這個突變只會出現在25%的身體細胞中。

早在2018年,科學界已知CCR5蛋白是艾滋病毒的受體,會讓人感染艾滋病。如今,人們逐漸形成共識,CCR5也具有其他多種功能,對大腦發育、中風康復、阿爾茨海默氏症、某些癌症的擴散,以及感染其他病原體都會有影響。

薩哈說,“我們不知道這些嬰兒今後的人生將會受到怎樣的影響。不知她們對各種傳染病的易感程度,以及這對當前和未來的流行病意味著什麼。”事實上,典型的CCR5蛋白被認為可以保護人體抵禦一系列病原體,如瘧疾、西尼羅河病毒、蜱傳腦炎病毒、黃熱病和流感等呼吸道病毒。賀建奎改造了嬰兒的CCR5基因,也可能剝奪了嬰兒一種有用的環境適應能力。

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