吴立刚 中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员 博士生导师

为了更美、更强、更聪明,你愿意冒死修改自己的基因吗?

造就 TALK · 2018-06-11 · 11:29:49

造就第269位讲者  吴立刚

中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员

博士生导师

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大家好!我今天演讲的题目是基因编辑。2017年,科学家首次运用基因编辑技术对有基因突变的人类胚胎进行了编辑,意味着人类进入了基因编辑时代。

到底什么是基因编辑?它能做什么?

基因编辑神器CRISPR

我们知道人类的遗传信息都是存储在DNA中,而DNA是由ATCG四种核苷酸来编码遗传信息。人类的基因组里一共有30亿个碱基,30亿个核苷酸,可以编码两万五千个基因,而每一个基因都编码一种蛋白质。

蛋白质是我们生命活动的执行者,它不仅组成了我们的身体,也决定了我们如何运动和思考。因此,基因上的差别会造成我们每个人的差异。而一旦这些基因发生突变,就会导致一些遗传疾病。

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但如果我们能想办法将突变的那个碱基纠正的话,就意味着可以治疗这种疾病。所以,科学家一直对基因编辑技术非常着迷,只是苦于长时间无法突破。

突破的难度在哪呢?打个比方,如果我们要把这30亿条的遗传信息印在书上的话,那么需要印一千本书,每本一千页,每一页上有三千个字母。更要命的是,这一千本书还必须得装在一个只有千分之一毫米的细胞核里面。大家试想一下,从这些基因里找出有突变的那个碱基,就好比是在一千本《射雕英雄传》里找到一个错字。

但是科学家的创造力是无穷的。2012年,基因技术有了重大的突破。三位科学家发明了一种新的技术,叫CRISPR。这一技术自诞生起,就成为了应用最广泛的基因编辑技术。

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它的组成很有意思,是由紫色的蛋白质以及中间的蓝色核酸所组成。这个蛋白质是一个神奇的分子机器,它可以在基因组上滑行,找到它要切割的序列。更为神奇的是,它中间的核酸序列是可以编程的。也就是说,可以在整个基因组上靶向某个基因,然后进行切割、替换,从而实现基因编辑。

细菌的伟大发明

那么,这么精巧、高效的机器从哪儿来的呢?它是自然界细菌进化出来的一种产物。它的真正发明者是细菌!

我们一提到细菌想到的是,它会感染我们。实际上细菌自己的日子也很不好过,它也被病毒所感染。

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感染细菌的这类病毒,我们叫它噬菌体。当噬菌体感染细菌以后,很多细菌都死了,但是总有一部分会存活下来。而生存的下来的这部分细菌会把噬菌体这种入侵者的信息记录下来。

它记录的方式很特别,用恨之入骨来形容都不为过。它把入侵者的信息储存在自己的DNA上,世代传下去。当这种噬菌体再次攻击这个细菌,细菌就会通过CRISPR分子机器来彻底摧毁这个噬菌体。

这个分子机器是生物界亿万年进化出来的产物,效率非常高。而当人类科学家发现它以后,对它又进行了改造,使之更为高效。

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这项技术眼下已经被运用于几乎所有生物科技的领域。除了用于科学研究,还用于合成生物学、合成药物、合成能源等等。当然,也用于疾病的治疗。譬如我们常见遗传病——镰刀型贫血。它是由于血红蛋白上的一个碱基发生了突变导致扁圆型的红细胞变成了镰刀状,所以叫做镰刀型贫血症。那么怎么治疗呢?我们可以把患者的造血干细胞提取出来,用CRISPR进行基因编辑,把这个突变修复好以后,再重新输回患者身体中,就可以治愈这种疾病。

你愿意被编辑吗?

基因编辑技术听上去非常吸引人,但像任何新诞生的技术一样,都有不完美的一面。CRISPR技术不完美的一面是,他可能导致脱靶效应。所谓的脱靶效应,通俗点讲就是打枪打歪了,没有打到靶子上。没有打到靶子上还好,不幸的是你打到了边上的靶子上,如果边上的靶子上是抑癌基因的话,那就有导致你得癌症的可能性。

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所以这儿我就提第一个问题:基因编辑有风险,你愿意被基因编辑吗?譬如我们有90%的概率能用基因编辑治好你的疾病,但是有1%的风险可能让你产生一种新的疾病,甚至是癌症,你还愿意被基因编辑吗?

我想大家可能要想好一会儿。

现在我问第二个问题:你愿意你的后代被基因编辑吗?这可能是一个更难的问题。

1987年,第一个试管婴儿的诞生就曾经引起轩然大波,非常多的人反对它。理由是它违反了自然进化的规律,违反了神的意志,也违反了社会伦理。但是今天,越来越多人接受了这种技术。它已经成为一种常规方法,每年都会诞生七十万试管婴儿,这些婴儿已经成为我们社会的一部分。

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现在,基因编辑技术离我们已经非常近了。可以预期的是,基因编辑技术要做的第一件事就是修复那些有遗传缺陷的基因。

基因上的缺陷,我们当然不希望传递给自己的孩子,即使那是隐性基因。如果我们可以运用基因编辑技术让孩子更健康地成长,我想这是每一个做父母的心愿。而一旦踏上了基因治疗之路,人类就不可避免地面临基因改良的问题。为什么我们不可以把我们的肌肉变得更强壮呢?让我们的大脑变得更聪明?又或者是两者结合,肌肉又强壮,大脑又聪明,对不对?

“好”基因与“坏”基因

能不能做这件事?要不要做这件事?一切没有想象中那么简单。

首先我们要明白这个世界上没有最好的基因,只有最能适应环境的基因。譬如说皮肤白皙是大家都喜爱的特点,但是皮肤白容易受到紫外线的伤害,在白种人中,皮肤癌的发病率是非常高的。而在黑人中几乎没有听说过谁得这种病。所以,白的基因在某些地方是一个缺陷,但从另一个角度来看又是优势。

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第二个例子是所谓的肥胖基因。其实肥胖基因不是一个基因,而是一组基因。虽然现在听上去有点贬义,但肥胖基因在远古时代是我们人类的一大优势。

大家想像一下,在辽阔的非洲大草原上,一群野人拼命地追羚羊,跑了十几公里,总算逮到羚羊了。他们会做什么?他们会立刻把这头羚羊吃掉,吃到饱得不能动还要吃。为什么?因为你不把它吃掉,马上狮子会过来跟你抢吃的,秃鹫也会过来跟你抢吃的。而且你还没有冰箱存储食物。等到第二天、第三天,甚至一个礼拜之后,你可能都见不到第二头羚羊了。所以你不但要把它吃下去,还要有一部分基因负责把它很快地消化掉,尽最大的可能把它吸收成你身体的一部分存储起来。存储在哪儿呢?肚子和腰上是最好的。人体工程学已经证明,那里是人体负重最好的地方,它不会影响运动。

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正是由于这些基因保证我们的祖先能够存活下来,没有这些基因的猿人可能几天后就饿得奄奄一息了。所以,虽然今天我们不太喜欢这个基因,因为我们的食物实在是太丰富了,我们忍不住吃的基因又没有被改变,所以有时候多吃了一点就变胖了。但是这种基因未必真的不好。

大家知道,我们距离最近的一次饥荒年代也不过几十年的时间,也许在下一个饥荒到来的时候,这个基因又会发挥作用。所以今天的优势基因可能变成明天的劣势基因,今天的劣势基因也可能变成明天的优势基因。

不仅如此,我们认为的一些致病基因也可能对我们有好处。譬如我刚才讲到的镰刀型贫血症。在中国的南方地区,有20%的人携带这个突变的基因,而在非洲有些地区,比例甚至高达40%。

如果它是一个致病基因,甚至会致死,那它为什么会存活下来,并在人群中保持这么高的比例?那是因为他们的生存环境决定的,因为那些地方都比较热,蚊虫比较多。虽然有了奎宁、青蒿素这些药物,疟疾还是一个非常致命的疾病。

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据世卫组织统计,2015年有70万人死于疟疾。而携带镰刀贫血症的基因的这部分人却对疟疾有着天然的免疫力。在这种情况下,与其说它是一个突变,还不如说没有这种突变才是一种异常的情况。

我们要不要对后代进行基因编辑呢?今天你觉得送给他/她一份很好的礼物,把他/她的一个基因给修正了。但是等他长大以后,也许环境变了,你送给他的这份礼物变成了一个灾难。这时候你的心情会多么得痛苦和复杂。所以基因编辑绝不是一件可以轻易去做的事情,我们必须对它有充分的了解。

基因编辑是历史发展的必然

希望变得更聪明、更强壮、更美丽,是根植于人类心灵深处的渴望。但我们现在的基因,却还停留在石器时代。大家知道,工业革命之后,肌肉就已经不太重要了。像巨石强森、施瓦辛格这种肌肉男的价值主要在好莱坞的屏幕上。他到工厂去做工,都无法凭借这身肌肉获得劳模称号。

那么我们的智力呢?大家都知道,我们已经在某些方面被AlphaGO这样的人工智能给打败了。所以我们今天的人类面临非常多的挑战。基因编辑技术在这个时候出现绝不是一种偶然,而是历史发展的必然。我们不应该逃避,也无路可逃。

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回想我们的祖先,正是因为自然界进化给予了一点点基因上的优势,使他们能够运用火,发明与使用工具,能够更好的交流以组成团体,才得以走出非洲,穿越亚非大陆,遍布全球。作为他们的后代,我们是不是应该在这条路上继续勇敢地走下去?只有不断的进化发展才是人类的生存之道。我们的那些亲戚,无论是山顶洞人,还是尼安德特人都已经消失在历史的长河中。

有一句老话,说在错误的道路上,再努力奔跑也没有用。当我们面临人工智能、基因编辑等新技术时,重要的是用我们的智慧来思考我们应该如何勇敢地面对它,如何引导我们自身走在一条正确的道路上。

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我们需要理解它、学习它,并且不断地实践它,才能够不断地改进它。这种改进,不仅仅表现在技术上的改进,让技术变得更安全、更高效,我们还应该在制度设计、社会层面上进行思考,我们要把这种技术用到什么程度?在什么情况下可以使用?如何解决由此带来的伦理问题?这些问题都需要我们的智慧和共同的努力去解决。

但是无论如何,我认为人类基因的多样性是非常重要的。因为多样性是保持人类进化发展最重要的源泉之一。我们都希望看到一个丰富多彩的世界。

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最后,我想借达尔文在《物种起源》一书中的一句话结束今天的演讲:

在自然界能够生存下来的物种,永远不是那些最强壮的,也不是那些最聪明的,而是那些最能够适应变化的。

编辑:汉岚

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