上帝的手术刀:基因编辑简史
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上帝的手术刀:基因编辑简史

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审视基因编辑的短暂历史,思索人类未来的终极命运。


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听书笔记  


作者王立铭,生物学家,目前是浙江大学生命科学研究院教授。《上帝的手术刀》这本书讲述了人类了解和改造基因的历史。

 

第一部分,人类怎么发现基因的秘密?


十九世纪中期,达尔文提出进化论的时候,借用了“泛生子”的概念。他认为,在交配过程中,来自父母双方的泛生子融合在一起,共同决定了后代们五花八门的遗传性状,问题是:当父母双方性状不同的时候,泛生子怎么决定后代的性状?


19世纪60年代,孟德尔解决了这个问题。他在种豌豆的过程中发现,黄豌豆和绿豌豆的后代清一色都是黄豌豆;但再用这一代黄豌豆相互杂交,诞生的后代中又会出现绿豌豆。


到20世纪30年代,才有人将它与达尔文的进化论联系在一起,并给孟德尔的遗传“颗粒”起了一个名字:Gene。中文名就叫基因。科学家发现,基因存在于DNA中。基因是以碱基序列的形式存在于DNA上,是DNA指导着蛋白质的生产。


DNA像一条旋转的拉链,两条链上的齿是一一对应的,每个齿就是一种碱基。DNA在复制的时候,把拉链拉开,拆成两条单链,再遵照碱基配对的规则,分别给它们配对,最终形成两条新的DNA双螺旋。

 


第二部分,如何利用病毒对基因动手术?


基因不但决定了我们与生俱来的性状,它还能影响人类的健康。要想战胜疾病,最有效的方法莫过于直接对基因动手术了。

 

最早尝试这一思路的是美国国家卫生院的安德森医生。他的病人因为基因突变,体内白细胞功能失常,患有重症联合免疫缺陷病。


安德森医生的治疗方案是,从小女孩的体内抽取大量血液,提取出其中的白细胞,将正常基因补到白细胞里,再送回阿香提的体内。


他用了一种莫罗尼小鼠白血病病毒。他把正常的基因放到病毒的基因组里,再用它去感染阿香提的白细胞,把正常的基因填回到有缺陷的白细胞中。这种病毒对老鼠是致命的,不过对人类的白细胞相对比较温柔。而且安德森医生删掉了病毒中的大部分基因,以防它进入人体之后大肆繁殖。在12天的治疗周期结束后,阿香提体内的正常基因开始工作了。


1999年,欧洲的医生们想到改造骨髓的造血干细胞,他们从患有联合免疫缺陷病的儿童骨髓中,抽取出造血干细胞,利用病毒改造之后,注射回小病人的体内。经过近3年的跟踪观察,医生们终于确信病人的免疫机能都得到了良好的恢复。


仅仅几个月之后,接受治疗的1名男孩被确诊为白血病。到2003年秋天,所有接受治疗的儿童中共有5名确诊了白血病!因为医生们用来进行基因手术的工具本来就是危险的白血病病毒。人们需要更为精准的基因编辑技术。


 第三部分,目前的基因编辑技术有哪些?


生物学家从大自然中找到了修补基因的工具,它们是:锌手指蛋白组合、Fokl蛋白的剪切模块,以及DNA断点修复机制。首先,锌手指蛋白能快速找到错误的基因序列。然后,Fokl蛋白的剪切模块上场,这把剪刀咔嚓剪断DNA链,最后,利用DNA断点修复机制,再替换上一段正确的基因序列。


这个技术的问题是:锌手指蛋白太粗了,会互相干扰。另外,在商业层面,美国的圣加蒙公司垄断了锌手指技术的几乎所有专利。


就在科学家与圣加蒙公司角力的时候,一个新发现横空出世,宣告了基因编辑时代的真正来临。这个新发现的名字叫做“类转录激活因子效应蛋白”,英文缩写是TALE,恰好是“神话”的意思,因此它又被称为“神话蛋白”。它的发现过程与“黄金手指”的发现类似,不过这一回的主角是一种植物寄生细菌。它和锌手指最大不同,就在于它更细,一根神话手指可以直接定位一个碱基。


而后上场的基因编辑时代的主角是CRISPR/cas9。1987年,一些日本科学家在大肠杆菌的基因组中,发现了一些似乎毫无用处的重复结构,本来这种发现并没有什么特别。但到了1993年,西班牙科学家莫尼卡在地中海嗜盐菌中,也发现了同样的重复结构,这让他非常好奇,将之命名为CRISPR。


顺着这条线研究下去,人们最终发现,CRISPR原来是细菌的疫苗。当噬菌体入侵细菌的时候,侥幸存活下来的细菌,会把噬菌体的基因片断整合到自己的CRISPR序列中,下次再遇到同样的噬菌体,就能正确识别和对抗它们。细菌体内有一种蛋白名叫cas9,它就像是警察叔叔一样四处巡逻,随时准备揪出浑水摸鱼的坏蛋。而帮cas9识别入侵者的,就是CRISPR。一旦遇到CRISPR可以匹配的DNA序列,cas9蛋白就会冲上去,把这段DNA序列剪断,让偷偷钻进来想搞破坏的病毒死无葬身之地。


第四部分,基因编辑技术的未来如何?


基因编辑带来的未必都是好处。人类固然可以通过基因编辑来治疗各种疾病,也可以通过修改潜在的致病基因,来降低患病的风险,但顺着这个思路延伸下去,是不是可以认为,我们也能通过修改基因,来改善自己或者后代的身高、体重,乃至相貌、智力呢?甚至通过修改基因,造出一个完美的人?暂时不会。科学家可没打算做犯法的事。


还记得1996年诞生的那只克隆羊多利吗,这以后,世界上多个国家就通过了禁止克隆人的法律。如果克隆人出现,必然会带来很多伦理问题,克隆人是人格独立的么?他要怎么面对自己的母体呢?此外,基因编辑技术还不成熟,轻率用来“造人”,谁也不知道会有什么灾难后果。


当然,存在风险,不能成为禁止发展基因编辑技术的理由。科学和伦理的冲突是难免的,而伦理观念的变化常常是滞后于科学发现的。所以,当科学进步和人类价值观有冲突的时候,不用忙着扣帽子,让我们都耐心点,等待科学的新发现。


解读 | 丁丁虫

上海科普作家协会理事、副秘书长,科幻专业委员会主任。科幻苹果核创始人,科学松鼠会成员。

播音 | 贾逢韬

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫


用户评论
  • 卡卡真的是卡卡

    向科学家致敬!

  • 斯莱特林赛高

    很好,我这个搞药学的听的津津有味

  • 我不再放手

    我是学生物制药的正好对我有用我来听听

  • 听友234581858

    是骨髓

  • 反向指标20

    好听

  • 山岸又逢花

    太厉害了

  • 1514909pmwc

    (✪▽✪)