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基因剪刀成功對胚胎基因“動刀”

更新時間:2017-09-02 14:38:01 | fx_c65c6ca2

美國首次編輯人類胚胎基因的研究近日發表在《自然》雜志上,該研究利用號稱“基因剪刀”的CRISPR基因編輯技術,成功修復了人類早期胚胎中一種與遺傳性心臟病相關的基因突變。該研究引發科技界廣泛關注。迄今只有中美兩國實施過人類胚胎基因編輯,英國一個團隊則獲得政府的類似試驗許可。

倫理審批耗時久

  論文的共同第一作者、美國索爾克生物研究所華人研究員吳軍說,2015年,中山大學黃軍就團隊在世界上第一個發表人類胚胎基因編輯研究,引起廣泛關注和巨大爭議。其實,美國俄勒岡衛生科學大學當時也在與索爾克生物研究所聯系,考慮做這方面的工作,只不過等待倫理審批文件等了很久。

  那么,中美的研究有何不同?吳軍介紹,過去兩年中,中國有3個團隊先后嘗試利用“基因剪刀”CRISPR-Cas9系統編輯人類胚胎中的致病基因,其中黃軍就團隊和范勇團隊使用的是無法存活的異常三倍體人類胚胎,希望盡量減少爭議;劉見橋團隊則使用正常二倍體胚胎。美國此次使用的也是二倍體胚胎,但編輯過程有所不同。

  吳軍指出,中國研究團隊通過試驗證實了“基因剪刀”在人類胚胎中能夠發揮編輯功能,但也發現了兩個重要問題,即脫靶效應以及胚胎嵌合問題。此次研究旨在進一步探索編輯的效率、脫靶和胚胎嵌合問題,同時利用“基因剪刀”安全修復人類早期胚胎中導致肥厚型心肌病的基因突變。

  肥厚型心肌病是一種全球性疾病,同時也是青壯年運動員猝死的主要原因之一。據吳軍介紹,肥厚型心肌病主要由最常見的遺傳突變——MYBPC3基因突變引起,是迄今已知的1萬多種單基因遺傳病之一。如果使用基因編輯技術在胚胎中成功修復MYBPC3突變,那么它就將不再遺傳給后代,讓這一家族性遺傳疾病有望獲得根治。

胚胎編輯顯功效

  最新研究中,CRISPR-Cas9系統以100%的比例在正確基因位點實施了編輯,58個試驗胚胎中42個未檢測到MYBPC3基因突變,即健康胚胎比例占72.4%。通常攜帶單拷貝基因突變的患者,只有50%的幾率把健康基因傳給下一代。最新成果意味著,這一幾率從50%提高到了72.4%,從而讓患者在實施試管嬰兒手術時,能獲得更多的健康胚胎。

  此外,多種檢測方法顯示,這項研究有效消除了脫靶效應和胚胎嵌合的影響。吳軍說,“秘訣”有兩個。一是利用攜帶MYBPC3突變肥厚型心肌病患者的多能誘導干細胞,優化了基因編輯流程;二是借助體外受精技術,把優化工具與攜帶MYBPC3突變的精子共同注射入處于分裂期的正常卵子以產生受精卵,而先前研究都是在胚胎后期注射編輯工具。

  吳軍說,這項研究顯示了較高的效率和安全性,可能成為獲得健康胚胎或提高健康胚胎數量的新途徑,也是顯性致病基因兩個拷貝全部突變患者獲得健康后代的唯一可能途徑。

  不過,研究團隊表示相關基因編輯方法仍需優化。“其他單基因顯性遺傳突變的編輯修復是否能夠有類似的效果和安全性,將是研究人員下一步的探索重點。”吳軍說。

“中國貢獻”受關注

  吳軍說,這項研究是美國國內首次進行人類胚胎基因編輯,由索爾克生物研究所、俄勒岡衛生科學大學、中國深圳國家基因庫、韓國基礎科學研究院合作完成,是科學家通力協作下取得的重量級研究成果。其中,俄勒岡衛生科學大學是研究的主要發起者,最主要的人類胚胎基因編輯也在該大學實施,而索爾克生物研究所主要優化了CRISPR-Cas9的編輯流程,還與深圳國家基因庫等一道參與檢測了編輯的效率和安全性。

  “我們實驗室與深圳國家基因庫有著長期的合作關系,測序及相關分析技術在基因編輯應用評估中具有至關重要的作用,而這是深圳國家基因庫的強項,所以我們邀請深圳國家基因庫也參與進來。”吳軍說。

  華人科學家在此項研究中的重要貢獻值得關注。俄勒岡衛生科學大學的馬虹也是這項研究的共同第一作者,是整個項目的主要負責人之一。

  吳軍還透露,目前美國政府禁止聯邦資金支持人類胚胎基因編輯研究,所以研究資金來自私人贊助。本次論文發表并沒有遇到太多困難,從投稿到發表用了約4個月,關鍵原因可能在于他們解決了脫靶和嵌合問題。

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